Cứ 2 năm thi mật độ bóng bán dẫn trên vi mạch sẽ nhân đôi – Định luật Moore liệu còn đúng? (08/07/2023)

Hãy cùng nhìn lại về định luật Moore, cũng như là hướng đi mới cho ngành bóng bán dẫn trong tương lai.

Định luật Moore chỉ ra rằng mật độ bóng bán dẫn trên vi mạch sẽ được nhân đôi sau mỗi 2 năm. Định luật này được nêu ra vào năm 1965 bởi Gordon Moore. Mặc dù chúng ta gọi đây là định luật, thời gian gần đây đã có kha khá chuyên gia cho rằng định luật này đã không còn đúng nữa, và chúng ta đang tiến tới giới hạn về sức mạnh của công nghệ. Vậy thì lời đồn đại này có thật sự chính xác hay không? Mời các bạn cùng tìm hiểu trong bài này nhé.

Gordon Moore là ai?

Gordon Moore (1929-2023) là một trong những người đã sáng lập ra Intel. Câu chuyện của ông bắt đầu vào năm 1957 – vài năm sau khi ông lấy được tấm bằng tiến sĩ tại Caltech. Vào thời điểm đó, ông đã cộng tác với William Shockley trong việc phát triển bóng bán dẫn. Tuy nhiên, Shockley không hẳn là 1 người sếp phù hợp đối với Moore, cho nên Moore đã cùng với 7 đồng nghiệp của mình rời khỏi công ty của Shockley và mở một công ty mới gọi là Fairchild Semiconductor.

Fairchild sau đó đã phát triển ra vi mạch tích hợp (integrated circuit) đầu tiên có thể thương mại hóa. Mặc dù công ty này giờ không còn nữa, các nhân viên của Fairchild đã tiếp tục thành lập nên những công ty công nghệ khác, bao gồm cả AMD lẫn Intel. Fairchild cũng là nơi mà Moore đã nghĩ ra định luật đầu tiên vào năm 1965.

Cùng với Robert Noyce, Moore đã rời khỏi Fairchild vào năm 1968 để thành lập công ty mới mang tên Moore Noyce, nhưng vì cái tên này nghe giống như là “more noise” (tạm dịch: nhiều tiếng ồn hơn), cho nên họ đã chọn cái tên NM Electronics. Chưa đầy 1 tháng sau, họ chuyển thành Intel.

Có thể chúng ta đã có cái nhìn chưa đúng về định luật Moore

Bản thân Gordon Moore cũng đã dự đoán rằng tốc độ tăng trưởng của mật độ bóng bán dẫn trên vi mạch sẽ dần chậm lại trong tương lai. Vào năm 2005, Moore đã chỉ ra rằng chúng ta rồi sẽ chạm tới ngưỡng giới hạn vật lý, chẳng hạn như là kích thước của nguyên tử. Có người đã chỉ ra vấn đề rằng mỗi hãng khác nhau sẽ có cách đo bóng bán dẫn khác nhau, chứ không có một quy chuẩn chung nào cả. Thậm chí giữa AMD và Intel cũng có cách tính khác nhau luôn. Với việc bóng bán dẫn được phát triển theo kiểu mới, bao gồm cả việc phát triển theo hướng 3D, dùng chất liệu khác, vân vân… chuyện tập trung vào yếu tố mật độ bóng bán dẫn trên 1 đơn vị diện tích dường như đã đi chệch so với ý nghĩa ban đầu.

Thay vào đó, bây giờ giới công nghệ đang bàn luận về việc định luật Moore ý muốn nói rằng liệu chúng ta có tiếp tục được chứng kiến câu chuyện hiệu năng của con chip dần trở nên rẻ hơn hay không. Về vấn đề này, Jensen Huang – CEO của Nvidia – đã từng phát biểu vào năm 2022 là ông tin rằng định luật Moore đã không còn đúng nữa, do giá thành của tấm wafer bằng silicon (dùng để tạo ra con chip) đã tăng đến mức người dùng không thể nào có thêm hiệu năng với mức giá thấp hơn cho dù họ có chờ 1-2 năm đi chăng nữa.

Lối đi cho ngành bóng bán dẫn trong tương lai

Đúng là chúng ta chưa chắc đã có thể tiếp tục tạo ra những con chip với số lượng bóng bán dẫn càng ngày càng tăng, nhưng ngành công nghệ ngày nay vẫn còn rất nhiều “chiêu bài” xịn sò để giúp vi xử lý càng ngày càng tốt hơn trước.

Chẳng hạn, bây giờ đã có công nghệ thiết kế vi xử lý theo kiểu chiplet (môđun tích hợp nhiều chip) rồi, và nó giúp tiết kiệm chi phí so với cách thiết kế monolithic (nguyên khối) như truyền thống (vốn có sản lượng không nhiều bằng thiết kế chiplet). Thêm vào đó, cách thiết kế bóng bán dẫn mới, ví dụ như Gate-All-Around cho phép đẩy nhiều electron qua cùng 1 lúc, cộng với sự bùng nổ của trí thông minh nhân tạo (AI) giúp tăng hiệu năng thông qua máy học (machine learning), hứa hẹn sẽ mở ra hướng đi mới cho tương lai, thay vì chỉ cứ chăm chăm vào câu chuyện tăng gấp đôi số lượng bóng bán dẫn.

Hi vọng bài viết này sẽ giúp bạn hiểu thêm về định luật Moore, cũng như là cái nhìn thoáng qua về tương lai của vi xử lý. Nếu các bạn có góp ý hoặc bổ sung thì hãy chia sẻ với mình bên dưới phần bình luận nhé. Cảm ơn các bạn đã quan tâm.