Wafer carbon 8 inch là gì và vì sao nó đe dọa thế độc quyền của Mỹ?

[Mr Bens]

Dây chuyền sản xuất chip nền carbon do Viện Nghiên cứu Mạch Tích hợp Nền Carbon Trùng Khánh, thuộc Đại học Bắc Kinh, đã chính thức khánh thành tại Trùng Khánh vào tháng 6 năm nay. Sự kiện này đánh dấu một bước ngoặt lớn, khi công nghệ chip trong nước đã vượt qua những hạn chế của chip nền silicon, vốn phụ thuộc vào máy in thạch bản EUV của ASML, mở ra một hướng đi độc lập cho ngành bán dẫn Trung Quốc.

Trên thực tế, cuộc cạnh tranh về công nghệ chip nền carbon giữa Trung Quốc và Mỹ đã âm thầm diễn ra từ vài năm trước, với Đại học Bắc Kinh đóng vai trò tiên phong. Không chỉ có tốc độ nghiên cứu nhanh, nhóm phát triển tại đây còn được hỗ trợ bởi nền tảng công nghệ vật liệu cơ bản vững chắc trong nước.

Vào năm 2017, nhóm nghiên cứu do Peng Lianmao và Zhang Zhiyong của Đại học Bắc Kinh đã chế tạo thành công thiết bị COMS dùng ống nano carbon với cổng 5 nanomet. Đến năm 2019, nhóm MIT của Mỹ cũng phát triển bộ xử lý 16-bit bằng ống nano carbon. Kể từ đó, cuộc đua chủ yếu diễn ra giữa hai trường đại học này, với nhiều công trình đăng trên các tạp chí uy tín như Nature và Science.

Cũng trong năm 2017, nhóm Trung Quốc chế tạo CPU gồm khoảng 2.500 bóng bán dẫn, hiệu suất tương đương chip Intel 80486. Trong khi đó, CPU ống nano carbon của MIT năm 2019 có tới 14.000 bóng bán dẫn nhưng hiệu suất chỉ bằng chip 80386. Nguyên nhân chính đến từ độ tinh khiết của ống nano carbon: sản phẩm từ Đại học Bắc Kinh đạt 99,999999%, trong khi của MIT chỉ đạt 99,9999%. Chính sự khác biệt nhỏ này tạo ra cách biệt lớn về hiệu suất, cho thấy Trung Quốc đang dẫn đầu về công nghệ vật liệu.

Kể từ đó, nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh không ngừng đẩy mạnh R&D công nghệ chip nền carbon và từng bước thương mại hóa. Trong quá trình này, vai trò của nghiên cứu vật liệu ngày càng quan trọng, và Trung Quốc đã có những bước tiến vững chắc thông qua sự hợp tác đa ngành.

Năm 2018, Trung Quốc lên kế hoạch xây dựng dây chuyền sản xuất wafer carbon 4 inch, và nhanh chóng sản xuất thành công loại wafer có chiều dài cổng 5 micron. Nhờ vậy, các công nghệ hỗ trợ như thiết kế chip, in thạch bản và đóng gói cũng phát triển đồng bộ, hoàn toàn dựa vào thiết bị trong nước, tránh được sự phụ thuộc công nghệ từ nước ngoài.

Tuy nhiên, chi phí sản xuất wafer carbon 4 inch vẫn quá cao, khiến ứng dụng dân sự gặp trở ngại. Dù vậy, đã có thông tin về việc sử dụng chip carbon trong lĩnh vực quân sự, dù công chúng chưa có cái nhìn rõ ràng.

Đến năm 2023, một công ty Trung Quốc sản xuất thành công wafer carbon 8 inch, với độ tinh khiết ống nano carbon đạt 99,99999999%, giúp giảm giá thành và tăng hiệu suất đáng kể. Điều này cho thấy khả năng thương mại hóa chip carbon đã đến gần.

Hiện nay, Viện Nghiên cứu Mạch Tích hợp Carbon Trùng Khánh đang xây dựng dây chuyền sản xuất chip carbon đầu tiên tại Trung Quốc, chính thức đánh dấu giai đoạn thương mại hóa. Có khả năng chip carbon sẽ sớm xuất hiện trong các thiết bị dân dụng trong tương lai gần.

Sự thúc đẩy thương mại hóa chip carbon ở Trung Quốc đến từ nhu cầu cấp thiết trong việc phát triển ngành công nghiệp chip nội địa, đặc biệt trong bối cảnh bị hạn chế bởi máy khắc EUV của ASML trong quy trình dưới 5 nanomet. Việc chuyển sang vật liệu mới như carbon có thể là lối thoát nhanh chóng và hiệu quả nhất.

Cuộc cạnh tranh giữa Trung Quốc và Mỹ trong lĩnh vực này phản ánh giới hạn của công nghệ silicon truyền thống. Nhiều chuyên gia cho rằng TSMC và Intel chỉ đang tinh chỉnh hiệu suất chip dưới 10 nanomet, chứ không thực sự tạo ra bước đột phá. Điều này khiến cả Mỹ và Trung Quốc đều phải tập trung vào nghiên cứu vật liệu chip thế hệ mới, trong đó Trung Quốc hiện đang tạm thời dẫn đầu. (Sohu)