Hiểu nhầm về tiến trình 7nm, 10nm khiến nhiều người dùng nhầm tưởng rằng Intel đang bị các nhà gia công chip như TSMC và Samsung bỏ xa về công nghệ sản xuất chip, bất chấp các nỗ lực giải thích của họ.

Việc đánh giá công nghệ trên các bộ xử lý hiện nay đang không dựa vào con số thực tế mà chủ yếu dựa vào các thuật ngữ tiếp thị, tạo ra sự nhầm lẫn về ý nghĩa của các tiến trình như 7nm, 10nm hay 14nm. Điều này gây ra một thực trạng trớ trêu và chỉ có Intel là đơn vị hiểu rõ vấn đề này.

Trong nửa sau năm 2018, hãng gia công chip TSMC đã chuyển sang sử dụng tiến trình 7nm cho các đơn hàng của mình, trong khi đó Samsung đã ra mắt chip Exynos 9820 với tiến trình 8nm vào đầu năm 2019. Trái lại, Intel đã công bố rằng họ sẽ tiếp tục sử dụng tiến trình 10nm cho đến hết năm 2019.

Tuyên bố của Intel về việc tụt lại so với các hãng gia công chip khác về công nghệ bộ xử lý đã gây ra lo ngại trong cộng đồng. Vấn đề về các thông số 7nm, 8nm hay 10nm đang trở nên quan trọng và có ý nghĩa như thế nào?

Khái niệm các con số 7nm, 10nm và 14nm là gì?

Theo quan điểm thông thường của người dùng, các con số này thể hiện kích thước của các bóng bán dẫn trong bộ xử lý. Khi kích thước của bóng bán dẫn giảm, số lượng chúng trên mỗi đơn vị diện tích tăng lên. Số lượng bóng bán dẫn tăng lên sẽ nâng cao khả năng xử lý và tiết kiệm năng lượng. Mức tiêu thụ năng lượng giảm cũng giúp giảm lượng nhiệt phát ra và tăng tốc độ xung nhịp.

Nhưng nếu thực sự như vậy, thì 7nm hay 10nm là đơn vị đo kích thước cho độ dày của con chip đó. Không ai có thể trả lời chính xác câu hỏi này vì họ đều gặp phải sự nhầm lẫn nghiêm trọng.

Trên thực tế, khoảng cách được đề cập ở đây đại diện cho "độ chia cắt" nhỏ nhất mà quy trình chế tạo chip có thể tạo ra trên bề mặt miếng bán dẫn. Đây là một yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất chip, khi kích thước của con chip thường lớn hơn nhiều lần so với khoảng cách này. Các kích thước này cũng được sử dụng để đại diện cho các bước trong tiến trình công nghệ sản xuất chip, được gọi là node công nghệ.

Trong bộ xử lý, chiều dài kênh trên con chip được hiểu là khoảng cách giữa cực nguồn và cực máng trên bóng bán dẫn dạng phẳng truyền thống, hay còn gọi là chiều dài cổng. Khi khoảng cách này ngắn đi, thời gian truyền dẫn electron giữa cực nguồn và cực máng cũng ngắn hơn và tiết kiệm năng lượng hơn, giúp con chip hoạt động nhanh hơn và tiêu tốn ít năng lượng hơn.

Các chip từ 22nm trở lên đã chuyển từ kiến trúc dạng phẳng sang thiết kế 3 chiều FinFET để tối ưu hóa hiệu suất và tránh các sự cố không mong muốn.

Từ kiến trúc FinFET, các con số như 22nm, 14nm, 10nm hay 7nm không còn đề cập đến kích thước bóng bán dẫn như trước đây, mà thay vào đó chỉ đề cập đến các tiến trình công nghệ. Điều này cho thấy chúng không phản ánh chiều dài cổng hoặc khoảng cách giữa các vết cắt trên bóng bán dẫn.

Từ đây, các tên gọi của tiến trình công nghệ trong sản xuất chip đã trở thành thuật ngữ marketing thay vì chỉ là kích thước thực sự của chip. Theo tài liệu từ Lộ trình quốc tế cho chất bán dẫn, các tiến trình dưới 22nm được gọi là node công nghệ kế tiếp của 14nm, trong khi 14nm là node công nghệ kế tiếp của 22nm, thay vì giải thích rõ ràng ý nghĩa cụ thể của các con số này.

Tiến trình sản xuất 14nm của Intel ban đầu được đặt tên là 16nm, sau đó đã trải qua hai lần đổi tên để trở thành 14nm. Sự thay đổi này tạo ra sự nhầm lẫn khi so sánh hiệu năng giữa các chip dựa trên thông số kỹ thuật này.

Khi chuyển sang kiến trúc FinFET, giảm thiểu các con số liên quan đến tiến trình công nghệ chỉ còn có ý nghĩa trong lĩnh vực tiếp thị. Tuy nhiên, Định luật Moore vẫn được duy trì, với mỗi tiến trình công nghệ mới đều giúp tăng mật độ bóng bán dẫn trên mỗi đơn vị diện tích. Việc so sánh công nghệ chip cũng như khác biệt giữa các nhà sản xuất chip nên dựa vào con số này.

So sánh mật độ của chip bóng bán dẫn cho thấy, dù cùng là tiến trình công nghệ 10nm, mật độ của chip Intel vượt trội so với TSMC và Samsung, và còn cao hơn mật độ trên chip 7nm của họ.

Theo thông tin từ Wikichip, SemiWiki và IC Knowledge, mật độ bóng bán dẫn trên mỗi milimet vuông (triệu bóng/mm2 hay MTr/mm2) của chip Intel 14nm được cho là khoảng 43,5 MTr/mm2, cao hơn so với các đối thủ như TSMC 16FF (28,2 MTr/mm2) và Samsung 14LPP cùng GlobalFoundries 14LPP (32,5 MTr/mm2). Đồng thời, chip Intel 10nm được dự đoán sẽ đạt mật độ 106,1 MTr/mm2, vượt trội hơn so với tiến trình 7nm của TSMC 7FF (96,49 MTr/mm2) và Samsung 7LPP (95,3 MTr/mm2).

Chỉ khi hai nhà sản xuất này áp dụng công nghệ EUV (extreme ultraviolet lithography) vào quá trình sản xuất chip 7nm, mật độ bóng bán dẫn trên chip của họ mới vượt qua tiến trình 10nm của Intel. Mật độ bóng bán dẫn của TSMC đạt khoảng 116,7 MTr/mm2 và của Samsung là khoảng 127,3 MTr/mm2.

Tuy nhiên, một điều đáng tiếc là trong khi TSMC đã bắt tay vào việc sản xuất hàng loạt chip 7nm bằng tiến trình DUV (deep ultraviolet lithography) cho các khách hàng của mình như Apple, Huawei và Qualcomm, Intel đã gặp khó khăn trong việc phát triển chip 10nm của mình. Hiện tại, chỉ có một sản phẩm duy nhất của Intel là Core i3-8121U đã ra mắt cho laptop và việc sản xuất hàng loạt mới sẽ bắt đầu từ nửa sau năm 2019.

"

Vì sao Intel bị trì hoãn?

Việc Intel giữ thông tin kín tiếng về quá trình sản xuất chip 10nm của họ khiến cho việc hiểu rõ về tình hình trở nên khó khăn. Tuy nhiên, kỹ sư Dave Haynie đã tiết lộ một phần nguyên nhân có thể giải thích vấn đề này, và thông tin này được một cựu kỹ sư thiết kế của Intel xác nhận là khá chính xác.

Theo Dave, áp lực từ việc chuyển sang tiến trình sản xuất chip 7nm của TSMC và Samsung đã buộc Intel phải đối diện với rủi ro và gấp rút chuyển sang tiến trình 10nm của họ, mặc dù kỹ thuật sản xuất của họ vẫn đang trong quá trình phát triển. Họ đã đẩy kỹ thuật in litho truyền thống tới giới hạn với việc sử dụng 4 lớp patterning, gồm cả Self-Aligned Quadruple Patterning.

Công nghệ mà họ chọn đã đưa Intel vào tình thế khó khăn, nhưng không phải ai cũng lo ngại về điều này. Intel vẫn đang phát triển công nghệ EUV của riêng họ một cách độc lập và không bị ảnh hưởng bởi việc chậm trễ của nhóm khác. Do đó, có khả năng các con chip 10nm của họ vẫn sẽ ra mắt vào nửa cuối năm nay.

Khi chuyển sang một công nghệ chế tạo mới, bộ xử lý 10nm mà Intel ra mắt đầu năm 2019 có thể sẽ khác biệt hoàn toàn so với các bộ xử lý 10nm sắp được công bố trong nửa sau năm nay, do yêu cầu cần phải thiết kế lại kiến trúc của bộ xử lý.

Tuy vậy, Intel có lẽ không thể hoàn toàn yên tâm khi các đối thủ đều đang thu hẹp khoảng cách và có thể sắp vượt mặt họ. Theo thông tin về việc sản xuất hàng loạt chip 7nm bằng công nghệ EUV, TSMC đang chuẩn bị triển khai quy trình sản xuất chip 5nm. Có thể khách hàng đầu tiên của họ cho công nghệ mới này sẽ là Apple.