Tháng 12/2006, tác giả của định luật nổi tiếng trên, Gordon Moore, cho rằng dự báo của ông sẽ vẫn còn đúng trong vòng tối thiểu là từ 10 đến 15 năm nữa. Đó là khi những rào cản cơ bản có thể xuất hiện và buộc dự đoán của ông phải dậm chân tại chỗ. Để duy trì sự tăng trưởng theo hàm mũ như nội dung định luật Moore, các bóng bán dẫn cần phải thu nhỏ đi một nửa sau xấp xỉ 24 tháng. Cuộc đua thu nhỏ này đã đẩy một bộ phận quan trọng của bóng bán dẫn đến giới hạn của mình: đó là phần dioxide silic (SiO2) đóng vai trò của lớp cách điện giữa cực cổng và cực máng nơi dòng điện chảy qua khi bóng bán dẫn được bật lên. Với mỗi một thế hệ chip mới, lớp cách điện này lại trở nên mỏng hơn. So với 1-2 thế hệ trước, nó chỉ còn có 1,2 nm (1 nanomet bằng 1 phần tỷ của 1 mét) hay có độ dày là 5 nguyên tử. Các kỹ sư của Intel không còn có thể bào mỏng thêm bất kỳ một nguyên tử nào nữa. Khi lớp cách điện trở nên mỏng hơn thì dòng điện bắt đầu bị rò rỉ vào trong bóng bán dẫn, giống như là vòi nước bị nhỏ giọt. Điều này làm cho transistor phản ứng hoàn toàn khác, tiêu tán ra một lượng năng lượng lớn hơn. Kết quả là chip tiêu thụ nhiều điện năng hơn, phát ra lượng nhiệt lớn trong khi hoạt động.
Sự rò rỉ dòng điện là thách thức lớn nhất đối với ngành công nghiệp bán dẫn. Nếu không có đột phá lớn nào, họ có thể bị dồn đến một giới hạn cơ bản như đã được dự báo. Điều đó không chỉ đồng nghĩa với sự kết thúc của định luật Moore mà cuộc cách mạng số khởi nguồn từ những thập kỷ trước cũng sẽ dừng lại đột ngột. Việc các bộ vi xử lý máy tính có hiệu năng tăng gấp đôi sau mỗi chu kỳ 24 tháng sẽ trở thành quá khứ. Giải pháp cho vấn đề này là làm cho lớp cách điện mỏng hơn và bằng một loại vật liệu khác, có chứa số lượng nguyên tử nhiều hơn. Tháng 1/2007, Intel tuyên bố, lần đầu tiên sau 40 năm, lớp cách điện sẽ không còn được chế tạo từ dioxide silic nữa mà là bằng Hafnium, một kim loại màu xám bạc có những đặc tính điện tốt hơn và cắt giảm được sự rò rỉ tới 10 lần. Bản thân Gordon Moore gọi bước đột phá này là sự thay đổi quan trọng nhất về công nghệ bóng bán dẫn kể từ cuối thập kỷ 60. Nhưng đó mới chỉ là một nửa của giải pháp. Loại vật liệu mới cho thấy nó không tương thích với một bộ phận quan trọng khác của bóng bán dẫn là cực cổng. Tệ hơn nữa là những bóng bán dẫn đầu tiên sử dụng loại vật liệu cách điện mới còn hoạt động kém hiệu quả hơn cả những bóng bán dẫn cũ. Câu trả lời được tìm thấy trong việc sử dụng một vật liệu khác cho cực cổng. Đó là một kết hợp độc đáo của một số kim loại mà Intel coi là bí mật và được bảo vệ nghiêm ngặt. Ngày 12/11/2007, Intel giới thiệu thế hệ chip sử dụng những loại vật liệu mới nói trên, dựa trên quy trình 45 nm. So với kỹ thuật 65 nm trước đây, công nghệ này cho phép gần như tăng gấp đôi số bóng bán dẫn trên cùng một diện tích bề mặt. Nhờ đó, nhà sản xuất có thể lựa chọn giữa việc tăng tổng số bóng bán dẫn hoặc làm chip nhỏ hơn. Transistor 45 nm nhỏ hơn so với thế hệ trước nên đòi hỏi mức năng lượng ít hơn 30% để bật và tắt. Kết quả là thế hệ chip 45 nm mới của Intel không chỉ lập kỷ lục mới về hiệu năng mà còn biểu thị một sự đột phá về tiêu thụ năng lượng. Công suất tính toán ngày càng cao theo định luật Moore cho phép loài người giải quyết những vấn đề có tầm ảnh hưởng lớn của thời đại như khí hậu, bệnh tật (di truyền), chăm sóc sức khỏe với giá cả hợp lý, làm sáng tỏ những bí mật về gen... Cách thức và tốc độ mà các vấn đề đó được nghiên cứu hiện nay là điều không thể tưởng tượng được vào thời điểm 5 năm về trước. Công suất xử lý càng cao trong máy tính và chip giúp cho kết quả của các nghiên cứu càng lớn và hứu ích cho cuộc sống. Một thập kỷ mới của định luật Moore lại bắt đầu.
Minh Hồng (theo Intel)
×
|