Trung Quốc Phát Triển Chip Mới Nhanh Hơn 1,4 Lần So Với Intel, Tiêu Thụ Ít Hơn 10% Năng Lượng
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh vừa công bố một bước đột phá quan trọng trong công nghệ bán dẫn. Họ đã phát triển thành công một loại transistor 2D sử dụng bismuth thay vì silicon truyền thống, giúp tăng tốc độ xử lý lên đến 40% so với các chip silicon 3-nanomet tiên tiến nhất của Intel và TSMC, đồng thời giảm mức tiêu thụ điện năng xuống 10%. Phát minh này có thể định hình lại ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu và đưa Trung Quốc lên vị trí tiên phong trong lĩnh vực này.
Bước Tiến Mới Trong Công Nghệ Bán Dẫn
Công nghệ bán dẫn đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều thập kỷ, nhưng silicon - vật liệu nền tảng của ngành - đang dần đạt đến giới hạn vật lý. Các nhà khoa học trên thế giới không ngừng tìm kiếm các vật liệu mới để thay thế, và bismuth đã nổi lên như một ứng viên đầy hứa hẹn.
Theo thông báo từ Đại học Bắc Kinh, loại transistor mới không chỉ có tốc độ nhanh hơn mà còn tiêu thụ ít năng lượng hơn, mở ra tiềm năng cho các thiết bị điện tử hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng. "Đây là transistor nhanh nhất, hiệu quả nhất từng được phát triển," nhóm nghiên cứu khẳng định.
Giáo sư Peng Hailin, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: "Nếu các đổi mới dựa trên silicon chỉ là những cải tiến nhỏ, thì việc phát triển transistor dựa trên vật liệu 2D giống như một sự đổi làn đường hoàn toàn trong ngành công nghiệp chip."
Vật Liệu Bismuth – Giải Pháp Thay Thế Silicon
Silicon đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn trong hơn 50 năm qua. Tuy nhiên, khi tiến tới kích thước siêu nhỏ như 3 nanomet, các vấn đề về rò rỉ dòng điện và giới hạn vật lý của silicon bắt đầu xuất hiện. Để khắc phục những hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng vật liệu bismuth, cụ thể là hai hợp chất Bi₂O₂Se và Bi₂SeO₅.
-
Bi₂O₂Se đóng vai trò là chất bán dẫn, giúp dòng điện di chuyển hiệu quả hơn.
-
Bi₂SeO₅ đóng vai trò là vật liệu oxit điện môi cao, giúp giảm mất năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất.
Thiết kế này giúp cải thiện luồng điện tử, giảm tiêu hao năng lượng và nâng cao tốc độ xử lý của chip so với các sản phẩm thương mại hiện có từ Intel, TSMC hay Samsung.
Cấu Trúc GAAFET – Tương Lai Của Công Nghệ Chip
Bên cạnh việc sử dụng vật liệu mới, nhóm nghiên cứu cũng áp dụng kiến trúc GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistor) thay vì FinFET - một tiêu chuẩn công nghiệp từ năm 2011. GAAFET giúp tối ưu hóa sự tiếp xúc giữa cổng và kênh, cải thiện dòng điện chạy qua transistor mà không cần đến các phần "fin" như trong thiết kế FinFET truyền thống.
Nhóm nghiên cứu so sánh sự thay đổi này với việc xây dựng cầu nối thay vì tòa nhà cao tầng, giúp các electron di chuyển nhanh chóng và ít bị cản trở hơn, cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của chip.
Trung Quốc Và Tham Vọng Độc Lập Công Nghệ Bán Dẫn
Trong bối cảnh Mỹ và các nước phương Tây đang áp đặt các lệnh trừng phạt hạn chế Trung Quốc tiếp cận công nghệ bán dẫn tiên tiến, các nhà khoa học tại Đại học Bắc Kinh đã tìm cách phát triển giải pháp thay thế, giảm sự phụ thuộc vào silicon. Giáo sư Peng cho biết: "Chính các lệnh trừng phạt đã thúc đẩy chúng tôi tìm kiếm những hướng đi mới. Chúng tôi không chỉ cố gắng bắt kịp mà đang tạo ra một con đường hoàn toàn mới cho ngành công nghiệp chip."
Nghiên cứu của nhóm không chỉ giúp Trung Quốc phát triển công nghệ bán dẫn độc lập mà còn mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp chip toàn cầu.
Khả Năng Ứng Dụng Và Thương Mại Hóa
Dù nghiên cứu mới chỉ đang ở giai đoạn thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công các đơn vị logic nhỏ sử dụng transistor bismuth, cho thấy hiệu suất vượt trội và mức tiêu thụ năng lượng thấp. Hiện tại, họ đang tìm cách mở rộng quy mô sản xuất để đưa công nghệ này ra thị trường.
Giáo sư Peng nhấn mạnh: "Công trình của chúng tôi cho thấy rằng GAAFET 2D có thể đạt hiệu suất tương đương hoặc vượt trội so với các transistor silicon thương mại hiện tại, biến nó thành một ứng cử viên sáng giá cho công nghệ bán dẫn trong tương lai."
Tác Động Đối Với Ngành Công Nghệ Toàn Cầu
Nếu công nghệ này được thương mại hóa thành công, nó có thể thay đổi cuộc chơi trong ngành bán dẫn, giúp Trung Quốc vượt qua những thách thức từ lệnh trừng phạt quốc tế. Đồng thời, phát minh này cũng có thể báo hiệu một kỷ nguyên mới trong thiết kế chip, nơi silicon không còn là vật liệu thống trị ngành công nghiệp bộ xử lý tiên tiến.
Với bước đột phá này, Trung Quốc không chỉ tìm ra giải pháp thay thế cho các hạn chế về công nghệ bán dẫn mà còn có cơ hội vươn lên dẫn đầu trong cuộc đua phát triển chip thế hệ tiếp theo.
