Theo nguồn tin từ AndroidAuthority, Samsung đã bắt đầu tiến hành đầu tư phát triển công nghệ cho quy trình 4nm trong tương lai. 

Các dây chuyền sản xuất 7nm của TSMC, Samsung và GLobalFoundries dự kiến sẽ được đưa vào hoạt động trong năm tới, sẵn sàng cho ra đời những bộ xử lí và IC hiệu quả hơn cho các sản phẩm thế hệ mới. Intel có vẻ đang thụt lùi về sau trong cuộc đua năm tới, tuy nhiên họ cũng đang đầu tư mạnh vào phần vi mạch. Do nhu cầu gọn nhẹ của thế hệ mới, các linh kiện bán dẫn cũng mỗi lúc một thu nhỏ về kích thước , và điều này đã khiến không ít các doanh nghiệp bán dẫn phải rời khỏi cuộc chơi do sự gia tăng đáng kể về chi phí nghiên cứu, phát triển và đầu tư thiết bị sản xuất. Tuy nhiên, vẫn có những ông lớn trong ngành silicon vẫn không từ bỏ, họ vẫn đổ rất nhiều tiền vào nghiên cứu để thiết bị của mình đạt được kích thước nhỏ hơn. Quy trình 7nm có thể mãi đến năm sau mới tiến hành, nhưng song song với nó, một cuộc đua đến quy trình 4nm cũng đã được lên kế hoạch.

TSMC, dẫn đầu trong quy trình 7nm, đang hướng tới sản xuât thử nghiệm quy trình 5nm vào khoảng năm 2019, cũng có thể là 2020 hoặc muộn hơn. Còn về phần GlobalFoundries, một đối thủ nặng kí, chỉ xếp sau TSMC ở quy trình 7nm, nhưng có vẻ họ sẽ vẫn đeo đuổi quy trình này thêm một thời gian nữa, với các kế hoạch phát triển EUV. Rất có thể GlobalFoundries sẽ không lấn sang quy trình 5nm cho đến năm 2021. Trong khi đó, Samsung lại có một chiến lược hiếu chiến hơn nhờ vào việc đầu tư sớm vào công nghệ EUV cho chip 7nm, và họ hoàn toàn có thể vượt lên dẫn đầu nếu có kế hoạch hợp lí.

Tại triển lãm ARM năm nay, Samsung Electronics đã cho thấy rõ tham vọng của mình cho quy trình sản xuất 7nm vào năm 2018, tiếp theo là nhanh chóng chuyển sang giai đoạn 6nm, 5nm và thậm chí là 4nm vào đầu năm 2020. Đây quả thực là một hoạch định đầy tham vọng với hầu hết mọi đối thủ, nhất là với TSMC.

Công nghệ bức xạ siêu cực tím (EUV – Extreme Ultraviolet Lithography) 

Bên trong chiếc máy EUV ASML - thiết bị quét và in chip áp dụng công nghệ EUV

Nhắc đến các chip 7nm vào năm tới, đã có các thông tin về nghiên cứu, phát triển và thiết bị sản xuất bằng công nghệ tia cực tím sẽ được dùng vào quy trình này. Samsung đang hướng tới công nghệ EUV khi họ chuyển sang quy trình 7nm vào năm tới, trong khi TMSC và GlobalFoundries thì không. Công nghệ này sẽ được áp dụng vào các thiết bị in thạch bản cho quá trình sản xuất chip 7nm đời đầu của họ, trước khi chuyển nó sang cho thế hệ kế tiếp.

Khi các nhà máy sản xuất chip 5nm đi vào hoạt động, EUV sẽ là một khoản đầu tư thiết yếu. Kích thước thành phần nhỏ hơn đã khiến cho độ chính xác, tốc độ sản xuất và hiệu quả của kỹ thuật in thạch bản truyền thống. Chuyển sang công nghệ EUV và sử dụng các bước sóng ngắn giúp cho các nhà sản xuất cải thiện được độ chính xác ở các thiết bị bán dẫn nhỏ hơn, ngoài ra còn có thể đem lại hiểu quả và cải thiện chi phí. Sự đầu tư sớm vào EUV của Samsung đã tạo cho họ những lợi thế nhất định, vì vậy các kỹ thuật sản xuất của họ sẽ tốt hơn các đối thủ trong cuộc đua chế tạo các chip 6nm trở xuống. 

Bảng kế hoạch của Samsung

Vượt trên công nghệ FINFET

Để tạo được các thiết bị 5nm và 4nm, các nhà sản xuất bán dẫn không chỉ tập trung vào công nghệ EUV mà còn phải tìm cách nâng cấp thiết kế bóng bán dẫn mang công nghệ FINFET để tránh các vấn đề phát sinh khi tiến hành sản xuất các thiết bị bán dẫn nhỏ hơn. 

So sánh thiết kế FIN và GAAFET

Vì các thiết kế FINFET hiện nay ngay càng mỏng hơn, việc thay đổi chiều rộng kênh bán dẫn có thể làm tình trạng tĩnh điện yếu hơn, có khả năng ngăn các bóng bán dẫn hoạt động không như mong muốn. Để tránh những vấn đề này, các kỹ sư đang tìm kiếm các thiết kế bóng bán dẫn mới, với nhiều cổng GAAFET (Gate – All – Around FET), đó sẽ là giải pháp tốt nhất cho quy trình 7nm.

GAAFET giải quyết những vấn đề trên bằng cách gia tăng diện tích bề mặt cực cổng và kênh bán dẫn, cung cấp sự ghép nối điện dung lớn nhất cực cổng và kênh. FINFET thiết kế đầu tiên theo hướng này bằng cách cung cấp hai cực cổng, ở bên trái và bên phải của của fin. Trong thiết kế GAAFET, một dây nano sẽ được luồn qua cổng, điều này sẽ cung cấp một khu vực tiếp xúc lớn hơn xung quanh cổng và kênh bán dẫn, ngoài ra thiết kế này cũng cung cấp thêm các cổng, thường là 2 hoặc 4 để điều khiển dòng chảy qua bóng bán dẫn tốt hơn. Trên lý thuyết, thiết kế này sẽ cung cấp hiệu suât biến đổi phù hợp hơn. 

Samsung và GlobalFoundries, hợp tác với IBM, đã công bố chip silicon 5nm đầu tiên trên thế giới dựa trên công nghệ EUV và GAAFETs vào đầu năm. Trong lộ trình gần đây của Samsung, công ty dự kiến ​​sẽ ra mắt công nghệ GAA vào thời điểm đạt được quy trình 4nm, thay thế cho FinFET có thể sẽ không thể đáp ứng tốt sau 5nm, ngay cả với các vật liệu mới. Nhược điểm của GAAFETs là dây nano khó chế tạo hơn FinFET truyền thống và quá trình này sẽ đắt hơn nhiều.

Tóm lại

Mặc cho người tiêu dùng phải chờ đến 2018 hoặc 2019 để được chứng kiến chip 7nm ra lò thì việc triển khai các công nghệ thiết yếu để giảm kích thước chip đã được tiến hành. Samsung đã rất thành thạo trong kế hoạch của mình, họ có vẻ tự tin về lộ trình của EUV và GAAFET để dẫn đầu trong quy trình 4nm.

Tuy nhiên, Samsung không phải là nhà sản xuất duy nhất làm việc với các công nghệ EUV và GAA, chắc chắn rằng chúng ta sẽ thấy được nổ lực của các công ty khác trong năm tới. Samsung đã đưa ra bản kế hoạch đầy tham vọng của mình một cách rất nhanh chóng, nhưng sự trì trệ và vấp váp trong việc thực hiện kế hoạch không phải là chuyện hiếm gặp trong ngành bán dẫn.

Chúng ta vẫn đang đợi để biết thêm chi tiết về quy trình 7nm của TSMC và GlobalFoundries. Và tất nhiên, để sản xuất các chip tốt nhất, chúng ta cần nhiều thứ hơn là kích thước nhỏ, vì vậy hãy tiếp tục chờ xem chuyện gì sẽ xảy ra. Và dù gì đi nữa thì chúng ta cũng không thể phủ nhận rằng Samsung đang là người nhanh chân nhất. Nếu mọi thứ đi đúng kế hoạch, họ sẽ bỏ xa các đối thủ sớm nhất vào năm 2020. Cuộc chạy đua tới quy trình 4nm dường như đang có phần lợi thế nghiêng về Samsung, hãy chờ xem.

Trần Vũ Đức