NexFuture (22/11/2025): Ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu đang chứng kiến một cột mốc công nghệ choáng váng, mang tính lịch sử: Công ty Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan (TSMC) đã chính thức chế tạo thành công chip máy tính ở quy trình 1 nanomet (1nm). Thành tựu này không chỉ là một bước tiến, mà là một cú nhảy vọt đưa công nghệ chip chạm đến ranh giới của vật lý lượng tử.
Để hình dung độ nhỏ phi thường này: TSMC đã thu nhỏ mỗi transistor thành phần cơ bản của mọi chip điện tử chỉ còn rộng khoảng 20 nguyên tử. Kích thước cực nhỏ này cho phép mật độ tính toán kinh ngạc: một triệu transistor có thể nằm gọn trên bề mặt của một tế bào máu người.
I. Phá Vỡ Giới Hạn Vật Lý: Tiềm Năng Tăng 5 Lần Hiệu Suất
Trong khi các điện thoại thông minh hàng đầu hiện nay đang sử dụng chip 3nm hoặc 5nm, việc giảm xuống 1nm mang lại sự gia tăng mật độ tính toán từ 3 đến 5 lần. Đây là sự cải tiến hiệu suất lớn nhất trong nhiều năm qua, hứa hẹn một kỷ nguyên thiết bị hoàn toàn mới:
Điện thoại Thông minh (Smartphone): Các thiết bị cầm tay sẽ trở nên mạnh mẽ hơn tới năm lần, có khả năng xử lý các tác vụ đồ họa và tính toán phức tạp một cách tức thì.
Thiết bị Đeo (Wearables): Đồng hồ thông minh và các thiết bị thực tế ảo sẽ đạt hiệu suất tương đương máy tính xách tay, mở đường cho những trải nghiệm di động phức tạp chưa từng có.
Trí tuệ Nhân tạo (AI) Tức thời: Khả năng tính toán khổng lồ cho phép AI hoạt động ngay trên thiết bị (on-device AI) mà không cần kết nối mạng để gửi dữ liệu lên đám mây, đảm bảo tốc độ và bảo mật tuyệt đối.
Thời lượng Pin Kỷ lục: Sự gia tăng hiệu quả năng lượng kết hợp với mật độ cao sẽ giúp pin của thiết bị có thể kéo dài hàng tuần thay vì chỉ một hoặc vài ngày.
Bảo mật Lượng tử (Quantum-Safe): Các thuật toán mã hóa chống lại máy tính lượng tử, vốn yêu cầu tài nguyên tính toán rất lớn, cũng có thể chạy trực tiếp trên các thiết bị tiêu dùng, nâng cao bảo mật cá nhân lên một tầm cao mới.
II. Thách Thức Kỹ Thuật 30 Tỷ USD và Lợi Dụng Lượng Tử
Để xây dựng chip ở quy mô nguyên tử này, TSMC không chỉ cần cải tiến mà phải phát minh ra các kỹ thuật sản xuất chưa từng có. Quá trình này yêu cầu sự kết hợp giữa:
Thạch bản Cực tím Tinh xác (Extreme-Ultraviolet Lithography - EUV): Sử dụng ánh sáng cực tím với độ chính xác siêu cao để "khắc" mạch điện tử.
Lắng đọng Lớp Nguyên tử (Atomic-Layer Deposition): Kỹ thuật xây dựng các lớp vật liệu mỏng chỉ vài nguyên tử.
Thử thách lớn nhất là phải đối phó với hiệu ứng lượng tử tại mức 1nm. Các kỹ sư phát hiện ra rằng ở kích thước này, các electron bắt đầu "xuyên hầm" (tunnel) qua các rào cản vật lý một hiện tượng thường gây thất thoát năng lượng nghiêm trọng. Tuy nhiên, thay vì cố gắng chống lại, TSMC đã thiết kế lại hoàn toàn transistor để tận dụng hành vi lượng tử này, biến một trở ngại vật lý thành lợi thế tính toán.
Với chi phí xây dựng mỗi nhà máy chế tạo (fab) chip 1nm lên đến khoảng 30 tỷ USD, đây được xem là một trong những kỳ công kỹ thuật phức tạp và tốn kém nhất trong lịch sử công nghệ.
III. Cuộc Chuyển Giao Quyền Lực Bắt Đầu Năm 2026
Theo thông tin từ TSMC và tạp chí uy tín Nature Electronics, công ty sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt chip 1nm vào cuối năm 2026.
Các đối tác chiến lược hàng đầu thế giới như Apple, Nvidia và AMD đã nhanh chóng đặt trước công suất sản xuất ban đầu. Điều này khẳng định rằng họ sẽ là những đơn vị đầu tiên tung ra thị trường các sản phẩm khai thác sức mạnh của công nghệ chip ở cấp độ nguyên tử này.
Đột phá 1nm này không chỉ là thành tựu của riêng TSMC mà còn đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên điện toán mới, nơi tốc độ, hiệu suất và khả năng của thiết bị được xác định bởi công nghệ hoạt động tại ranh giới của vật lý lượng tử.
Nguồn: TSMC, Nature Electronics.
Thế Anh
