Bạn có bao giờ nghe tới cụm từ: “định luật Moore”? Đây là 1 thuật ngữ trong máy tính được xây dựng nên bởi Gordon Moore – 1 trong những nhà sáng lập tập đoàn Intel: “Số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi năm”.
Định luật Moore lần đầu được công bố rộng rãi trên tạp chí Electronics Magazine vào 19/04/1965. Hơn 50 năm qua, Intel đã theo đuổi định luật này. Giờ thì Intel đã phải “vất vả” để theo kịp định luật này, vậy chúng ta sẽ cùng tìm hiểu bài viết này qua câu hỏi được đăng tải trên Quora Việt Nam được dịch bởi Vũ Cường nhé.
Câu hỏi: Tại sao Intel vất vả để có thể theo kịp định luật Moore tới vậy? Định luật Moore chết rồi sao?
Trả lời bởi: Stephen Harianto, Nâng Cấp Kiến Trúc tại ASML (2015-nay).
∴ ∴ ∴ ◊ ∴ ◊ ∴ ∴ ∴
Nói 1 cách dễ hiểu: với định luật Moore thì cứ 2 năm thì số lượng bóng bán dẫn trên một đế CPU tăng gấp đôi, kích thước không đổi. Khi định luật Moore đến giới hạn của nó thì các nhà sản xuất vẫn tăng gấp đôi số bóng bán dẫn nhưng đế CPU cũng tăng gấp đôi kích thước.
Đầu tiên cần nói, Intel không phải công ty giữ cho định luật Moore tồn tại được đâu nhé. Để tôi giới thiệu cho bạn biết đến ASML, có lẽ đây là một trong những công ty vô danh đã thay đổi thế giới này đấy. ASML nắm giữ 85% thị phần thị trường in thạch bản (lithography), trong khi Canon cùng Nikon chia sẻ với nhau phần còn lại của thị trường. Tôi có thể đảm bảo gần như chắc chắn rằng mỗi chiếc điện thoại thông minh, máy vi tính, hoặc bất cứ thứ gì chứa chip bên trong, thì con chip đó đều được chế tạo bằng những chiếc máy in thạch bản của ASML. Nói cách khác, ASML bán những chiếc máy chế tạo chip cho các nhà sản xuất chip.
ASML không phải là cái tên nổi tiếng như Apple, Intel hay Samsung, nhưng đây là công ty công nghệ lớn thứ hai châu Âu về giá trị vốn hóa. Các nhà sản xuất chip trên thế giới đều phải mua máy móc từ ASML để chế tạo các chip bán dẫn sử dụng trong điện thoại, máy tính, ô tô và máy chủ. Các khách hàng lớn nhất của ASML là Intel, Samsung cũng như TSMC, hãng làm ra các chip cho iPhone của Apple.
Chip (bộ nhớ, logic, vv.) được chế tạo bởi hai nhóm nhà sản xuất. Nhóm đầu tiên thiết kế và sản xuất các chip logic và thường được nhắc tới với tên Nhà Sản Xuất Thiết Bị Tích Hợp (Integrated Device Manufacturers – IDM). Hai trong số những công ty IDM lớn nhất ấy là Intel và Samsung. Nhóm thứ hai bao gồm các nhà sản xuất theo hợp đồng. Họ không thiết kế các con chip nhưng lại sản xuất chip cho các công ty khác. Một ví dụ nổi tiếng ấy là TSMC (Công ty hữu hạn chế tạo chất bán dẫn Đài Loan), đơn vị sản xuất chip cho những công ty như NVIDIA, Apple, AMD, Qualcomm, vv.
Những nhà sản xuất ấy chịu trách nhiệm cho toàn bộ quá trình chế tạo con chip (lúc đó nó được gọi là đĩa bán dẫn – wafer), một giai đoạn quan trọng trong quá trình này có tên gọi là Lithography (giai đoạn phơi sáng). Các cỗ máy của ASML phơi đĩa bán dẫn bằng bước sóng cực nhỏ để có thể tạo ra các bóng bán dẫn siêu nhỏ và các lớp kim loại cho những IC. Không có cỗ máy của ASML, chúng ta có thể quên đi niềm vui từ những con chip tốc độ, nhỏ bé với chi phí cực thấp mình vẫn sử dụng hằng ngày.
Về cách thức ASML giúp duy trì định luật Moore, hãy để tôi giới thiệu phương trình Rayleigh (nghe lại liên tưởng tới vua bóng đêm thuyền phó băng Roger) cho bạn:
trong đó CD (Critical Dimension – Chiều Cốt Lõi) là kích thước tính năng (feature size) nhỏ nhất mà hệ thống có thể in ra được, λ là bước sóng của ánh sáng được sử dụng, NA là khẩu độ ống kính của hệ thống và k1 được coi là hệ số phân giải (resolution factor) chịu trách nhiệm cho tất cả các biến số khác trong quá trình. Tăng hệ số phân giải (từ đó giữ cho định luật Moore vẫn tồn tại được) và rồi chuyển sang việc sử dụng bước sóng ánh sáng ngắn hơn, tăng khẩu độ và / hoặc giảm k1.
Sử dụng ánh sáng DUV (Deep UV) (λ = 193 nanomet), ASML có thể tạo ra được CD nhỏ hơn nhờ vào việc tăng NA (nhiều ống kính khác nhau hoặc ngâm vào nước) và sử dụng nhiều thủ thuật đúc khuôn khác nhau. Dù vậy, sau một hồi, bạn chỉ có thể cải thiện được một số thứ bằng ánh sáng DUV mà thôi.
Nếu nhìn lại phương trình Rayleigh, rõ ràng việc tiếp theo là giảm bước sóng (λ). Mong muốn được giữ cho Định Luật Moore tồn tại của ASML đã giúp họ đưa ra được ánh sáng EUV (Extreme UV) (λ = 13.5 nm). Tuy vậy, EUV tạo ra hàng tỷ thách thức mới mà người ta chưa từng phải đối mặt trước đó (không khí cũng như ống kính hấp thụ EUV nhé, từ đó người ta phải tận dụng chân không và cả những tấm gương nữa), một vài điều tôi sẽ không kể chi tiết trong này đâu.
Cuối cùng thì, ASML đã làm được hết lần này tới lần khác, để chứng minh rằng Định Luật Moore vẫn sống khỏe và sẽ tồn tại ít nhất là trong thập kỷ tới.
Tiện đây mình cũng chia sẻ 1 Inforgraphics khá hay ho về định luật Moore nhân dịp kỷ niệm 50 năm:
Bài viết có lẽ khá khó hiểu với đại đa số ae, tuy nhiên mình thấy khá là hay và mong muốn chia sẻ cho mọi người cùng đọc. Hãy chia sẻ bài viết + 1 comment nếu bạn thấy bài viết hữu ích nhé.
