Minh Nguyệt
Intern Writer
Công nghệ số đang trên đà phát triển mạnh mẽ, nhưng nó cũng đang phải đối mặt với những giới hạn vật lý không thể tránh khỏi. Các vi mạch hiện đại, nền tảng vi mô của máy tính, đang đến gần những giới hạn vật lý trong khi nhu cầu về trí tuệ nhân tạo (AI) và xử lý dữ liệu hiệu suất cao ngày càng gia tăng. Điều này đang dẫn đến một cuộc đổi mới toàn ngành, cũng như tìm kiếm hướng đi mới sau vi mạch.
Một trong những nơi thể hiện rõ rệt sự chuyển mình này chính là Nvidia. Giá trị của công ty này đã tăng vọt lên khoảng 5 nghìn tỷ USD, biến nó thành công ty đại chúng có giá trị nhất thế giới. Các bộ xử lý chủ lực của Nvidia thật sự là những kiệt tác phức tạp, mỗi thiết bị đều chứa lên tới 208 tỷ bóng bán dẫn, được gói gọn trong một vỏ nhựa và kết nối với nhau bằng đồng.
Giá của một con chip lên tới khoảng 30.000 USD (khoảng 700 triệu VNĐ), các thành phần này mang lại sức mạnh tính toán chưa từng có, đặc biệt là khi chúng được bố trí hàng nghìn cái trong các trung tâm dữ liệu. Những đột phá kiến trúc gần đây của Nvidia cho phép các chip hoạt động cùng nhau như những máy tính quy mô lớn thay vì là những đơn vị xử lý độc lập.
Tuy nhiên, nhu cầu tính toán bùng nổ của AI đã làm cho ngành công nghiệp gặp phải giới hạn mà luật vật lý đã đặt ra. Nguyên tắc tạo hình chip dựa trên công nghệ lithography cực tím, quy trình này hiện đang được thống trị bởi ASML, công ty sản xuất thiết bị đến từ Hà Lan, với chiếc máy "Extreme Machine" có giá 380 triệu USD.
Mặc dù công nghệ này rất tinh vi, nhưng ngay cả hệ thống lithography tiên tiến nhất cũng gặp một giới hạn cơ bản: giới hạn reticle. Luật vật lý này giới hạn kích thước của một con chip duy nhất khoảng 800 mm². Do đó, để có được công suất xử lý lớn hơn, các nhiệm vụ máy tính cần phải được chia nhỏ qua nhiều con chip nhỏ hơn và kết nối chúng qua các gói, cáp và liên kết quang học ngày càng dày đặc.
Những hạn chế này được thể hiện rõ trong thiết kế của các trung tâm dữ liệu hiện đại, nơi đang có xu hướng chuyển sang sử dụng các "chiplet" nhỏ hơn được kết nối với nhau để mở rộng quy mô. Tuy nhiên, việc phân mảnh này lại tạo ra thêm gánh nặng cho việc giao tiếp, yêu cầu các sáng tạo đổi mới trong việc đóng gói và làm gia tăng độ phức tạp của hệ thống.
Trước những giới hạn về reticle và lợi nhuận giảm dần từ quy mô tăng thêm, các nhà nghiên cứu và công ty vi mạch đang tìm kiếm giải pháp tích hợp quy mô wafer. Mô hình này abandons hoàn toàn các chip rời rạc thông thường, thay vào đó sử dụng toàn bộ mặt wafer silicon như một nền tảng xử lý đơn khối.
Những nỗ lực gần đây của Cerebras, một công ty tại Palo Alto, đã cho ra đời WSE-3 (Wafer-Scale Engine 3), với bốn nghìn tỷ bóng bán dẫn và cung cấp băng thông bộ nhớ gấp 7.000 lần các chip thông thường hàng đầu. Khác với các kiến trúc tiêu chuẩn, WSE-3 nhúng bộ nhớ trực tiếp vào bên trong mặt wafer, làm giảm độ trễ đáng kể và thu nhỏ kích thước của toàn bộ các trung tâm dữ liệu.
Tesla, dưới sự lãnh đạo của Elon Musk, cũng đã thử nghiệm những khái niệm tương tự trong dự án Dojo của mình. Mặc dù dự án đã bị ngừng hoạt động, nhưng những ý tưởng đó vẫn sống tiếp trong các sáng kiến như DensityAI. Lam Research, một nhà cung cấp thiết bị chế tạo lớn, cũng đã phát triển công nghệ lithography điện tử đa cột qua công ty con của mình, Multibeam Corp., mở ra con đường cho các nhà sản xuất để khắc các mặt wafer lớn hơn, vượt qua giới hạn của reticle.
Tất cả những phát triển này cho thấy triều đại của vi mạch có thể sớm nhường chỗ cho những kiến trúc hoàn toàn khác biệt về cả hình thức và chức năng. Khi tích hợp quy mô wafer và các kỹ thuật lithography mới ngày càng phát triển, khả năng xuất hiện những "trung tâm dữ liệu trong một hộp" đang trở nên thực tiễn, thách thức những quy tắc kinh tế và công nghệ đã chi phối cơ sở hạ tầng số trong nhiều thế hệ.
Nguồn: Techspot
Một trong những nơi thể hiện rõ rệt sự chuyển mình này chính là Nvidia. Giá trị của công ty này đã tăng vọt lên khoảng 5 nghìn tỷ USD, biến nó thành công ty đại chúng có giá trị nhất thế giới. Các bộ xử lý chủ lực của Nvidia thật sự là những kiệt tác phức tạp, mỗi thiết bị đều chứa lên tới 208 tỷ bóng bán dẫn, được gói gọn trong một vỏ nhựa và kết nối với nhau bằng đồng.
Giá của một con chip lên tới khoảng 30.000 USD (khoảng 700 triệu VNĐ), các thành phần này mang lại sức mạnh tính toán chưa từng có, đặc biệt là khi chúng được bố trí hàng nghìn cái trong các trung tâm dữ liệu. Những đột phá kiến trúc gần đây của Nvidia cho phép các chip hoạt động cùng nhau như những máy tính quy mô lớn thay vì là những đơn vị xử lý độc lập.
Tuy nhiên, nhu cầu tính toán bùng nổ của AI đã làm cho ngành công nghiệp gặp phải giới hạn mà luật vật lý đã đặt ra. Nguyên tắc tạo hình chip dựa trên công nghệ lithography cực tím, quy trình này hiện đang được thống trị bởi ASML, công ty sản xuất thiết bị đến từ Hà Lan, với chiếc máy "Extreme Machine" có giá 380 triệu USD.
Mặc dù công nghệ này rất tinh vi, nhưng ngay cả hệ thống lithography tiên tiến nhất cũng gặp một giới hạn cơ bản: giới hạn reticle. Luật vật lý này giới hạn kích thước của một con chip duy nhất khoảng 800 mm². Do đó, để có được công suất xử lý lớn hơn, các nhiệm vụ máy tính cần phải được chia nhỏ qua nhiều con chip nhỏ hơn và kết nối chúng qua các gói, cáp và liên kết quang học ngày càng dày đặc.
Những hạn chế này được thể hiện rõ trong thiết kế của các trung tâm dữ liệu hiện đại, nơi đang có xu hướng chuyển sang sử dụng các "chiplet" nhỏ hơn được kết nối với nhau để mở rộng quy mô. Tuy nhiên, việc phân mảnh này lại tạo ra thêm gánh nặng cho việc giao tiếp, yêu cầu các sáng tạo đổi mới trong việc đóng gói và làm gia tăng độ phức tạp của hệ thống.
Trước những giới hạn về reticle và lợi nhuận giảm dần từ quy mô tăng thêm, các nhà nghiên cứu và công ty vi mạch đang tìm kiếm giải pháp tích hợp quy mô wafer. Mô hình này abandons hoàn toàn các chip rời rạc thông thường, thay vào đó sử dụng toàn bộ mặt wafer silicon như một nền tảng xử lý đơn khối.
Những nỗ lực gần đây của Cerebras, một công ty tại Palo Alto, đã cho ra đời WSE-3 (Wafer-Scale Engine 3), với bốn nghìn tỷ bóng bán dẫn và cung cấp băng thông bộ nhớ gấp 7.000 lần các chip thông thường hàng đầu. Khác với các kiến trúc tiêu chuẩn, WSE-3 nhúng bộ nhớ trực tiếp vào bên trong mặt wafer, làm giảm độ trễ đáng kể và thu nhỏ kích thước của toàn bộ các trung tâm dữ liệu.
Tesla, dưới sự lãnh đạo của Elon Musk, cũng đã thử nghiệm những khái niệm tương tự trong dự án Dojo của mình. Mặc dù dự án đã bị ngừng hoạt động, nhưng những ý tưởng đó vẫn sống tiếp trong các sáng kiến như DensityAI. Lam Research, một nhà cung cấp thiết bị chế tạo lớn, cũng đã phát triển công nghệ lithography điện tử đa cột qua công ty con của mình, Multibeam Corp., mở ra con đường cho các nhà sản xuất để khắc các mặt wafer lớn hơn, vượt qua giới hạn của reticle.
Tất cả những phát triển này cho thấy triều đại của vi mạch có thể sớm nhường chỗ cho những kiến trúc hoàn toàn khác biệt về cả hình thức và chức năng. Khi tích hợp quy mô wafer và các kỹ thuật lithography mới ngày càng phát triển, khả năng xuất hiện những "trung tâm dữ liệu trong một hộp" đang trở nên thực tiễn, thách thức những quy tắc kinh tế và công nghệ đã chi phối cơ sở hạ tầng số trong nhiều thế hệ.
Nguồn: Techspot
