“Chẻ” chip Intel 14nm với AMD 7nm để so sánh, có thật chip Intel lớn gấp đôi đối thủ?

Muốn xem thực sự chip Intel 14nm và AMD 7nm khác nhau về kích thước như thế nào, một YouTuber quyết định chẻ một mẩu silicon trên mỗi con chip để so sánh.

Trước đây khi các bóng bán dẫn vẫn ở cấu trúc phẳng 2D, các tên gọi tiến trình như 500nm hay 350nm cũng là chiều dài cực cổng, hay cực GATE – khoảng cách giữa cực nguồn (cực source) và cực máng (cực drain) trên bóng bán dẫn. Điều này cũng có nghĩa là chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn tiến trình 250nm có thể chỉ bằng so với chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn tiến trình 500nm.

Trở về thời hiệ tại, vậy điều này có phải có nghĩa là chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn trên con chip tiến trình 14nm của Intel sẽ dài gấp đôi cực Cổng trên bóng bán dẫn trên con chip tiến trình 7nm của AMD hay không?

Không hẳn như vậy. Từ sau tiến trình 22nm, các giới hạn vật lý về khoảng cách đã buộc hầu hết các nhà sản xuất chip chuyển sang sử dụng cấu trúc 3D dạng FinFET để tiếp tục thu hẹp bóng bán dẫn mà không phải thu hẹp chiều dài cực Cổng nữa. Vì vậy, mặc dù tên gọi tiến trình chip tiếp tục nhỏ hơn, như 14nm, 10nm, 7nm, chúng không còn đại diện cho kích thước cực Cổng hay bất cứ kích thước nào khác trên bóng bán dẫn nữa.

Bảng so sánh giữa tiến trình chip (node) và chiều dài cực Cổng của bóng bán dẫn (Gate-Length)

Để làm sáng tỏ điều này, một chuyên gia ép xung có nickname der8auer quyết định “chẻ” 2 CPU mới nhất của Intel và AMD để so sánh kích thước cực Cổng trên bóng bán dẫn của chúng với nhau.

So sánh bóng bán dẫn như thế nào?

Hai CPU được der8auer lựa chọn để so sánh là Intel Core i9-10900K và AMD Ryzen 9 3950X. CPU của Intel được sản xuất trên tiến trình 14nm còn đối thủ AMD của nó được sản xuất trên tiến trình 7nm của TSMC.

Điều cần chú ý là dù cùng là CPU x86, nhưng Intel và AMD lại có kiến trúc khác nhau, do vậy không phải bất kỳ chỗ nào trên con chip này cũng là các bóng bán dẫn – mà có thể là dây nối giữa các bóng bán dẫn với nhau. Do vậy, để việc so sánh được chính xác hơn, der8auer quyết định cắt một mẩu silicon trong phần bộ nhớ cache L1 – thiết kế của nó được tiêu chuẩn hóa cao hơn so với các bộ phận khác.

Clip so sánh chip Intel và AMD của der8auer

Dù chỉ gói gọn trong một clip dài khoảng 20 phút, nhưng trên thực tế, mỗi thao tác trong quá trình này – xẻ một rãnh trên bề mặt CPU, khắc và cắt thành một phiến đủ dài, tách nó ra khỏi CPU và sau đó gắn vào bộ khung cố định – đều kéo dài đến vài giờ. Cuối cùng anh thu được một phiến silicon dài khoảng 100 micromet. Nhưng để có thể nhìn xuyên qua nó bằng kính hiển vi điện tử, der8auer còn phải mài mỏng phiến silicon này đến độ dày từ 200nm đến 300nm.

Giờ anh đã có thể so sánh chúng với nhau.

Cực Cổng trên bóng bán dẫn là phần được đánh dấu bằng màu xanh trên hình vẽ.

Khác biệt giữa tiến trình 14nm và 7nm

Hóa ra sự khác biệt về chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn giữa chip 14nm của Intel và chip 7nm của AMD không nhiều như người ta tưởng. Bóng bán dẫn trên con chip 14nm của Intel có chiều dài cổng 24nm, trong khi con chip 7nm của AMD cũng chỉ có chiều dài cổng 22nm. Chiều cao của cực Cổng giữa 2 con chip cũng tương tự nhau.

Chiều dài cực cổng trên chip Intel 14nm và AMD 7nm gần như tương đương nhau.

Khác biệt chủ yếu giữa chúng nằm ở khoảng cách giữa các Cổng này. So sánh giữa hai hình vẽ có thể thấy, rõ ràng khoảng cách giữa các cực Cổng – hay giữa các bóng bán dẫn – trên con chip 7nm của AMD ngắn hơn so với chip 14nm của Intel. Điều này cũng có nghĩa là con chip 7nm của AMD sẽ có mật độ bóng bán dẫn cao hơn nhiều so với chip 14nm của Intel.

Chiều cao cực Cổng trên bóng bán dẫn của chip Intel và AMD cũng tương tự nhau

Khoảng cách giữa các bóng bán dẫn trên chip AMD hẹp hơn, giúp mật độ bóng bán dẫn cao hơn

Nhưng rõ ràng kích thước bóng bán dẫn trên con chip 7nm của AMD không hề bằng so với bóng bán dẫn trên con chip 14nm của Intel giống như tên gọi tiến trình công nghệ của nó. Con số này cũng không còn đại diện cho chiều dài cực Cổng hay kích thước nào trên bóng bán dẫn. Tên gọi của các tiến trình hiện giờ chỉ là sự kế tục từ công nghệ trước đó.

Trong khi tên gọi tiến trình giờ không còn quan trọng nữa, một thước đo khác giờ quan trọng hơn đối với mỗi công nghệ chip là mật độ bóng bán dẫn trên mỗi mm ² , do chính các nhà sản xuất chip công bố. Hiện cả tiến trình 10nm mới của Intel và 7nm của TSMC đều có mật độ khoảng 90 triệu bóng bán dẫn trên mỗi mm ² – hay 90MT/mm ² . (Trong khi đó tiến trình 14nm của Intel đang có mật độ bóng bán dẫn khoảng 37,5MT/mm2).

Intel đang hướng tới việc ra mắt chip trên tiến trình 7nm với mật độ khoảng 150 MT/mm ² nhưng có thể phải đến cuối 2022 hoặc đầu 2023 nó mới xuất hiện. Trong khi đó, cả TSMC và Samsung hiện đang đạt tới tiến trình 5nm với mật độ khoảng 173 MT/mm ² và 126 MT/mm ² .