Trung Quốc trên đà cách mạng công nghệ với chip không dùng silicon

Trung Quốc đang đứng trước một bước đột phá công nghệ lớn , với tiềm năng thay đổi ngành công nghiệp chip toàn cầu và giảm sự phụ thuộc vào công nghệ Mỹ.

Điểm đặc biệt của con chip này là việc sử dụng vật liệu mới thay thế hoàn toàn silicon (Ảnh minh họa: FS).

Mới đây, Đại học Bắc Kinh đã công bố phát triển một loại chip mang tính cách mạng, được cho là mạnh hơn 40% và tiết kiệm năng lượng hơn so với các bộ xử lý tiên tiến nhất hiện nay, mà không cần sử dụng đến silicon.

Nỗ lực này diễn ra trong bối cảnh các lệnh trừng phạt của Mỹ nhằm hạn chế khả năng tiếp cận công nghệ chip tiên tiến của Trung Quốc dường như không hoàn toàn đạt được mục tiêu.

Nó tương tự như việc lệnh cấm Android đã thúc đẩy sự ra đời của HarmonyOS (hệ điều hành tự phát triển của Huawei ), và giờ đây Trung Quốc đã và đang đẩy mạnh tự chủ phát triển chip.

Thậm chí, nước này còn có kế hoạch cấm sử dụng bộ xử lý của Intel và AMD trong các máy tính và máy chủ của chính phủ, đồng thời nỗ lực sản xuất chip hiệu năng cao cho trí tuệ nhân tạo để cạnh tranh với tập đoàn công nghệ về chipset hàng đầu thế giới là Nvidia.

Với bước tiến mới này, Trung Quốc không chỉ giải quyết vấn đề phụ thuộc mà còn có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp máy tính bằng công nghệ xử lý hoàn toàn mới. Lần đầu tiên, một kiến trúc bóng bán dẫn hai chiều (2D) với chip hoàn toàn không có silicon đã được Đại học Bắc Kinh phát triển thành công.

Theo nhóm phát triển, con chip mới này có tiềm năng trở thành một trong những con chip mạnh mẽ, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng nhất thế giới. Trong khi chip silicon truyền thống đang dần chạm đến giới hạn vật lý ở kích thước khoảng vài nanomet, công nghệ bóng bán dẫn hai chiều của Trung Quốc đã vượt qua những rào cản này.

Điểm đặc biệt của con chip này là việc sử dụng vật liệu mới thay thế hoàn toàn silicon. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sử dụng bismuth oxyselenide (Bi 2 O 2 Se) cho kênh dẫn và bismuth selenite oxide (Bi 2 SeO 5 ) cho cổng cực. Những vật liệu này tạo thành chất bán dẫn hai chiều (2D) – các tấm mỏng ở cấp độ nguyên tử với đặc tính điện tử vượt trội.

Ưu điểm của các vật liệu này bao gồm:

Bismuth oxyselenide (Bi 2 O 2 Se): Sở hữu tốc độ vận chuyển electron cao, ngay cả khi không cần làm mỏng như silicon, đồng thời có khả năng duy trì và kiểm soát năng lượng điện tích hiệu quả hơn.

Việc chuyển đổi trạng thái của bóng bán dẫn diễn ra nhanh hơn, giảm nguy cơ quá nhiệt và tối thiểu hóa tổn thất năng lượng. Theo một nhà nghiên cứu, các electron di chuyển gần như không có điện trở, giống như nước chảy qua một đường ống trơn tru.

Giao diện giữa hai vật liệu mịn hơn, giúp giảm thiểu khiếm khuyết và nhiễu điện. Về mặt kiến trúc, bóng bán dẫn mới này sử dụng cấu trúc hiệu ứng trường cổng bao quanh (GAAFET).

Công nghệ GAAFET không hoàn toàn mới và đã được ứng dụng cho chip silicon dưới 5 nanomet. Tuy nhiên, thay vì cấu trúc kênh FinFET truyền thống theo chiều dọc, các kênh trong thiết kế mới này được định vị theo chiều ngang.

Nhóm nghiên cứu tuyên bố con chip mới có thể hoạt động nhanh hơn 40% và tiết kiệm năng lượng hơn 10% so với các kiến trúc chip silicon 3 nanomet tiên tiến nhất hiện nay.

Mặc dù đây là thành tựu ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm đã thành công tích hợp chip vào các thiết bị nguyên mẫu, chứng minh khả năng tương thích với các mạch điện tử hiện có. Điều này mở ra triển vọng cho sản xuất hàng loạt, và các nhà nghiên cứu đang lạc quan nghiên cứu quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Dù việc thương mại hóa có thể mất vài năm, sự đổi mới này cho thấy nỗ lực mạnh mẽ của Trung Quốc nhằm giảm phụ thuộc vào công nghệ Mỹ và có khả năng vượt qua những giới hạn của công nghệ silicon truyền thống, mở ra một chương mới cho lịch sử điện toán.