công nghiệp bán dẫn đang đối mặt với thách thức kỹ thuật lớn nhất khi quy luật Moore dần phai nhạt

- Ngành công nghiệp bán dẫn hiện đang phải đối mặt với thách thức kỹ thuật lớn nhất trong lịch sử phát triển của nó khi quy luật Moore dần mất hiệu lực.
- ASML, một nhà sản xuất thiết bị chế tạo chip, đã phát triển máy lithography cực tím (EUV) mới, có kích thước bằng xe buýt hai tầng và nặng 150 tấn.
- Máy này phun 50.000 giọt thiếc mỗi giây vào buồng chân không và sử dụng laser để làm nóng các giọt lên đến 220.000°C.
- Công nghệ EUV cho phép in các mạch điện tử lên bề mặt silicon với độ chính xác cao, giúp sản xuất hàng triệu chip từ một tấm wafer silicon.
- Mỗi máy lithography EUV có giá hơn 350 triệu USD, cho thấy sự gia tăng chi phí trong ngành công nghiệp bán dẫn khi kích thước bóng bán dẫn giảm.
- Trong những năm 1960, chi phí xây dựng một nhà máy chế tạo bán dẫn chỉ khoảng 31 triệu USD, trong khi các nhà máy mới hiện nay có thể tốn tới 20 tỷ USD.
- Bóng bán dẫn hoạt động như công tắc điện, với các trạng thái bật/tắt tương ứng với các ký hiệu nhị phân 1 và 0.
- Khi kích thước bóng bán dẫn giảm xuống dưới 90nm, hiện tượng rò rỉ dòng điện bắt đầu xảy ra, ảnh hưởng đến hiệu suất và tiêu thụ năng lượng của chip.
- Để giải quyết vấn đề này, các nhà thiết kế đã chuyển sang sử dụng kiến trúc nhiều lõi (multi-core), cho phép xử lý song song và cải thiện hiệu suất mà không cần tăng tốc độ chuyển mạch.
- Intel đã giới thiệu thiết kế transistor "finfets" vào năm 2011, giúp giảm thiểu rò rỉ dòng điện và tiêu thụ năng lượng.
- Các transistor "gate all around" (GAA) đang được phát triển để tiếp tục giảm kích thước bóng bán dẫn và tăng cường hiệu suất.
- Vật liệu mới như carbon nanotubes và transition metal dichalcogenides (TMDs) đang được nghiên cứu như những ứng viên thay thế silicon trong tương lai.
- Carbon nanotubes có khả năng chuyển đổi điện năng nhanh hơn so với silicon nhưng gặp khó khăn trong quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng.

📌 Ngành công nghiệp bán dẫn đang trải qua sự chuyển mình lớn với những thách thức về công nghệ khi quy luật Moore không còn hiệu lực. Các giải pháp như lithography EUV và vật liệu mới như carbon nanotubes hứa hẹn sẽ định hình tương lai của chip điện tử.

https://www.economist.com/technology-quarterly/2024/09/16/the-semiconductor-industry-faces-its-biggest-technical-challenge-yet