Từ cát bụi trở thành chip bán dẫn

Chỉ bằng đầu ngón tay nhưng chính những chip bán dẫn nhỏ bé này, như bộ vi xử lý Intel Core 2 Duo, đã thay đổi cách thức con người sống, làm việc và giải trí.
> Một số thuật ngữ trong sản xuất chip.

Ngày nay, chip silicon hiện diện ở khắp nơi. Chúng gia tăng sức mạnh của mạng Internet, cho phép tạo nên cuộc cách mạng về điện toán di động, tự động hóa các nhà máy, nâng cao năng lực của điện thoại và làm giàu lĩnh vực giải trí gia đình.


Chip silicon ở khắp nơi.

Việc sản xuất những chip như thế là một kỳ công. Công nghệ chế tạo của Intel đã tạo ra những mạch điện với kích thước chỉ bằng một phần nghìn sợi tóc trên miếng silicon. Loại chip phức tạp nhất - bộ vi xử lý - có thể chứa hàng trăm triệu, thậm chí là hàng tỷ bóng bán dẫn (transistor) được kết nối với nhau bằng những dây dẫn mỏng chế tạo từ đồng. Mỗi transistor có vai trò như một công tắc đóng/mở, điều khiển dòng điện chạy qua để gửi, nhận, và xử lý thông tin chỉ trong vòng một phần của giây.

Thiết kế

Việc sản xuất chip silicon bắt đầu bằng một thiết kế, hay bản vẽ. Ở giai đoạn này, Intel xem xét rất nhiều tham số như: Chọn kiểu chip nào và tại sao? Số lượng bóng bán dẫn có thể được tích hợp trên chip đó? Kích cỡ tối ưu của chip là gì? Công nghệ nào sẽ được sử dụng để sản xuất chip? Khi nào thì chip phải được đưa ra thị trường? Chip đó sẽ được sản xuất và kiểm tra tại đâu?

Để trả lời những câu hỏi trên, Intel làm việc với các khách hàng, công ty phần mềm cũng như nhân viên tiếp thị, chế tạo và kiểm tra của Intel. Nhóm thiết kế lấy tham số đầu vào và bắt đầu xác định các tính năng của chip và thiết kế nó.

Năm 1965, Gordon Moore đưa ra dự báo về tốc độ phát triển của công nghệ bán dẫn. Định luật Moore phát biểu rằng mật độ bóng bán dẫn trên vi mạch tích hợp sẽ nhân đôi sau mỗi chu kỳ 2 năm. Định luật Moore có độ chính xác đáng ngạc nhiên sau nhiều thập kỷ. Vào năm 1971, chip 4004 của Intel chứa 2.300 bóng bán dẫn. Năm 2005, bộ vi xử lý Itanium có hơn một tỷ bóng bán dẫn. Intel vẫn tiếp tục chứng minh tính đúng đắn của định luật.

Khi bản chỉ tiêu kỹ thuật của chip đã được xác lập, Intel tạo ra sơ đồ logic - cách biểu diễn bằng ký hiệu của hàng triệu bóng bán dẫn và các kết nối điều khiển dòng điện đi qua toàn bộ chip. Khi giai đoạn này kết thúc, nhà thiết kế tạo các biểu diễn vật lý của mỗi lớp trong chip cùng các bóng bán dẫn của nó. Các mẫu giống như khuôn tô này (còn gọi là Mặt nạ) được sử dụng để che một số khu vực của chip khỏi tia cực tím trong quá trình sản xuất in quang khắc. Để hoàn tất thiết kế, kiểm tra và mô phỏng, Intel sử dụng máy workstation chạy chương trình thiết kế được máy tính hỗ trợ (CAD). Công đoạn này mất khoảng 2 năm với 200 người làm việc liên tục.

Chế tạo

Quá trình tạo chip bán dẫn được gọi là chế tạo và các nhà máy nơi chip được sản xuất gọi là nhà máy chế tạo, hay gọi tắt là Fab. "Phụ gia" xây dựng chip thay đổi tùy thuộc mục đích sử dụng dự kiến của nó. Intel sử dụng nhiều thành phần và thực hiện tới 300 bước, trong đó có hóa chất, khí ga hoặc ánh sáng để hoàn tất quá trình chế tạo.

Bắt đầu từ cát:

Tất cả được bắt đầu với silic. Intel chế tạo chip theo từng mẻ trên các tấm wafer được làm từ silic tinh khiết - thành phần chính trong cát ở bờ biển. Hãng này dùng silic bởi vì nó là chất bán dẫn tự nhiên dễ bị oxy hóa. Không giống chất cách điện như thủy tinh (luôn ngăn dòng điện đi qua) hay chất dẫn điện như đồng (luôn cho phép dòng điện đi qua), bạn có thể biến silic thành chất dẫn điện hoặc cách điện.


Silic, nguyên tố hóa học phổ biến thứ hai trên trái đất sau oxy, được sử dụng vì nó là chất bán dẫn tự nhiên.

Để sản xuất tấm wafer, silic được xử lý hóa học nhằm đạt được độ tinh khiết đến 99,9999%. Silic đã tinh lọc được nung chảy và trở thành thỏi hình trụ. Những thỏi silic đó được cắt lát mỏng thành những tấm wafer và được đánh bóng cho đến khi chúng có bề mặt hoàn hảo, nhẵn bóng như gương. Khi mới bắt đầu sản xuất chip, Intel dùng các tấm wafer 2 inch còn hiện nay họ sử dụng wafer 300 mm (12 inch) và 200 mm (8 inch) để đạt sản lượng cao hơn và giảm được chi phí.

Cấu trúc nhiều lớp

Intel dùng quy trình "in" quang khắc để hình thành nhiều lớp bóng bán dẫn và dẫn điện trên tấm wafer của chip.

Phân loại các tấm wafer

Bước cuối cùng trong quy trình chế tạo là phân loại wafer - một phép kiểm tra về điện để phát hiện và loại bỏ các chip không hoạt động. Hệ thống máy tính hoàn tất một loạt các phép đo kiểm để đảm bảo rằng các mạch điện của chip đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và hoạt động theo thiết kế.

Các nhà máy sản xuất chip (Fab)

Trong các cơ sở sản xuất tinh vi này, Intel chế tạo chip trong những khu vực đặc biệt được gọi là Phòng sạch. Do các phần tử không nhìn thấy hoặc bụi bẩn có thể phá hỏng mạch điện phức tạp trên chip, không khí trong phòng sạch cũng phải "siêu" sạch (gấp hàng nghìn lần độ sạch của phòng mổ trong bệnh viện). Nhân viên kỹ thuật mặc những bộ quần áo đặc biệt, thường được gọi là "trang phục của thỏ" trước khi vào phòng sạch. Trang phục đó ngăn chất bẩn như xơ vải hoặc tóc rơi vào tấm wafer.


Trong phòng sạch, không khí sạch luân chuyển qua trần và nền nhà.

Tự động hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong một nhà máy sản xuất. Các mẻ wafer được giữ sạch cũng như được xử lý nhanh và hiệu quả khi chúng đi qua các bình đựng có cửa mở về phía trước (FOUP). Mỗi FOUP được gắn nhãn có mã vạch xác định các thành phần được sử dụng để sản xuất chip. Nhãn này đảm bảo việc xử lý chính xác ở mỗi bước trong quy trình sản xuất. Tại nhà máy 300 mm, một FOUP chứa tới 25 tấm wafer và nặng hơn 11 kg (25 pound). Tự động hóa cho phép đạt đến trọng lượng này vì nó quá nặng để có thể mang vác hiệu quả bằng nhân công.

Quy trình sản xuất:

Tạo ra bóng bán dẫn trên các chip máy tính là một quy trình rất chính xác và phức tạp. Dưới đây là tổng hợp về các bước chính trong quy trình:

Cách điện và bọc: Một lớp cách điện được "cấy" trên bề mặt của tấm wafer đã được đánh bóng trong lò ở nhiệt độ cao với sự hiện diện của ôxy. Tấm wafer sau đó được phủ chất liệu nhạy sáng gọi là quang trở và cũng giống như các tấm phim chụp ảnh, nó thay đổi về mặt hóa học khi bị phơi sáng dưới tia tử ngoại.

Che mặt nạ: Mặt nạ (tạo trong giai đoạn thiết kế) quy định hình dạng của mạch điện trên mỗi lớp của chip. Một chiếc máy tinh vi có tên máy xếp bậc sẽ cân chỉnh mặt nạ vào tấm wafer. Nó chiếu tia tử ngoại thông qua những chỗ bị phơi sáng trên mặt nạ. Quang trở ở phần bị chiếu sáng trở thành một lớp trong và dính.

Khắc axit: Những phần bị phơi sáng của quang trở bị loại bỏ làm lộ các phần của lớp oxy silic phía dưới. Phần hở của oxy silic bị loại bỏ bằng quá trình được gọi là khắc axit. Sau đó, phần quang trở còn lại cũng bị loại, để lại mẫu của oxy silic trên tấm wafer.

Ghép thêm các lớp: Những vật liệu khác như là Silic đa tinh thể (polysilicon), có tính dẫn điện được phủ lên tấm wafer thông qua các bước che mặt nạ và khắc mở rộng. Mỗi lớp của vật liệu mang một mẫu mạch điện duy nhất. Nhiều lớp được trải trên tấm wafer và sau đó được loại bỏ theo từng chỗ nhỏ để tạo thành bóng bán dẫn và kết nối. Chúng sẽ trở thành mạch điện bán dẫn của chip theo một cấu trúc trong không gian 3 chiều.

Hóa khắc (Doping): Những khu vực hở của wafer bị bắn phá bởi ion của các hợp chất hóa học khác nhau, làm thay đổi cách thức dẫn điện của silic trong những khu vực này. Hóa khắc là quá trình chuyển silic thành những bóng bán dẫn silicon, giúp bóng bán dẫn thực hiện việc bật và tắt - hai trạng thái được dùng để biểu diễn các số nhị phân 1 và 0. Các biểu diễn nhị phân này sau đó được dịch thành các ký tự, con số, màu sắc và hình ảnh đồng thời tạo ra nền tảng để lưu trữ dữ liệu trong máy tính.

Tạo công tắc: Để tạo kết nối với các lớp khác trên tấm wafer, các công tắc điện tử được tạo thành qua nhiều bước che mặt nạ và khắc lặp đi lặp lại.

Thêm kim loại: Nhiều lớp kim loại được sử dụng để hình thành kết nối điện giữa các lớp trong chip. Intel sử dụng nguyên liệu đồng trong khâu này.

Hoàn thiện tấm wafer: Một tấm wafer hoàn thiện chứa hàng triệu bóng bán dẫn. Mỗi bóng bán dẫn đóng vai trò như một công tắc đóng hoặc mở cho dòng điện đi qua. Một điện áp dương đặt trên cực cổng của bóng bán dẫn sẽ hút điện tử (cổng này tạo ra một kênh giữa cực nguồn và cực máng của bóng bán dẫn để điện tử có thể đi qua). Trong khi đó, một điện áp âm trên cực cổng sẽ chặn dòng điện không cho đi qua bóng bán dẫn.

Đóng gói

Sau khi được phân loại, wafer được đưa đến nhà máy lắp ráp của Intel, nơi một cái cưa chính xác phân tách mỗi tấm wafer thành từng chip riêng lẻ gọi là khuôn (die). Mỗi chip được lắp ráp vào một đế (ngoài chức năng bảo vệ chip, chiếc đế đó còn có nhiệm vụ cung cấp nguồn và các kết nối điện với bo mạch chủ trên máy tính). Đây chính là những IC thành phẩm mà người ta sẽ gắn trên bo mạch chủ của máy tính hoặc điện thoại di động, PDA...


Những núm nhỏ trên đế cung cấp kết nối điện tử giữa chip và bo mạch chủ.

Tái kiểm tra

Intel thực hiện các phép kiểm tra về điện và độ tin cậy đối với từng thành phẩm. Họ thẩm định việc sản phẩm phải hoạt động ở tốc độ thiết kế trên toàn dải nhiệt độ. Bởi vì các chip có thể được sử dụng trong nhiều sản phẩm khác nhau, từ động cơ ô tô cho đến máy bay và laptop nên chúng phải có khả năng chống chịu những tác động của nhiều điều kiện môi trường. Sau khi được kiểm duyệt, các chip được đánh mã, kiểm tra bằng mắt, đóng gói và được chuyển giao cho khách hàng của Intel.

Lê Nguyên (Source: Intel).

Từ cát bụi trở thành chip bán dẫn

Sự phát triển Silicon Valley qua Bảo tàng lịch sử máy tính

Bảo tàng Computer History Museum tại Mountain View, California (Mỹ) là thiên đường của người ham mê công nghệ, nơi họ có thể ngắm máy Mac cổ, IBM PC... và nghe về sự ra đời của các công ty tiên phong tại thung lũng Silicon.


Tháng 12/1947, ba nhà khoa học tại Bell Labs giới thiệu bộ khuếch đại từ chip germanium gần như không sản sinh nhiệt, đánh dấu sự ra đời của bóng bán dẫn (transistor).


Họ là William Shockley (ngồi), John Bardeen (giữa) và Walter Brattain. Cả ba được trao giải Nobel Vật lý năm 1956.


Năm 1958, kỹ sư Jack Kilby của Texas Instruments 1958 trình diễn mạch tích hợp (IC - integrated circuit) chứa một transistor và các bộ phận khác. Ông đạt giải Nobel Vật lý năm 2000.


Năm 1959, công ty Fairchild Semiconductor đăng ký bản quyền cho chu trình "Planar", cho phép sản xuất chip chất lượng cao và về sau hỗ trợ xây dựng mạch tích hợp dễ dàng hơn.


Gordon Moore (ảnh chụp vào thập niên 70) là nhà đồng sáng lập Intel năm 1968. Ông nổi tiếng với định luật Moore với nội dung rằng các thành tố trong chip sẽ nhân đôi theo chu kỳ 2 năm.


Bộ vi xử lý đầu tiên của Intel là 4004 (CPU 4 bit) năm 1971.


Kỹ sư Ted Hoff (ảnh) và Stan Mazor của Intel giới thiệu thiết kế CPU đơn chip dùng trong máy tính cơ.


Quảng cáo đầu tiên của Intel cho chip 4004 năm 1971 với lời khẳng định "kỷ nguyên mới của điện tử tích hợp". 4004 là chip đầu tiên có thể tùy biến với phần mềm để thực hiện các chức năng khác nhau trên nhiều thiết bị.


Tại công ty RCA năm 1962, Steven Hofstein tạo một mạch tích hợp chứa tổ hợp metal-oxide-silicon, công nghệ xuất hiện trong các chip với hàng tỷ bóng bán dẫn ngày nay.


Chip metal-oxide-silicon này gồm 16 transistor.


Cuốn vở ghi chép về dự án mạch tích hợp của Jack Kilby được trưng bày tại Bảo tàng lịch sử máy tính.


Năm 1974, trung tâm nghiên cứu Palo Alto thuộc công ty Xerox kết hợp máy tính cá nhân với giao diện người dùng đồ họa, chuột và desktop chứa các icon, folder, tài liệu... Nhiều năm sau, những hệ thống như thế mới trở nên phổ biến.


Hệ thống máy tính cá nhân đầu tiên đã xuất hiện từ thập niên 70 của thế kỷ trước, nhưng phải đến khi IBM cho ra mắt sản phẩm 5150 vào 12/8/1981, thị trường PC mới bắt đầu đạt được những bước tiến làm thay đổi ngành công nghệ thông tin.


Apple Mac năm 1984 giúp giao diện đồ họa người dùng trở nên phổ biến.


Máy chủ đầu tiên của Google với nhiệm vụ xử lý hàng nghìn lệnh tìm kiếm trong một giây.

Lê Nguyên (Photo: BusinessWeek) theo http://vnexpress.net/GL/Vi-tinh/2009/07/3BA10DA8/

Sự phát triển Silicon Valley qua Bảo tàng lịch sử máy tính

Bao giờ quy luật Moore đến giới hạn?

Càng nhiều transistor tích hợp trên chip, khả năng xử lý của máy tính càng mạnh. Các bóng bán dẫn càng gần nhau thì khả năng truyền tín hiệu càng cao. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu không ngừng chèn thêm linh kiện vào bộ xử lý. Nhưng quá trình này không thể kéo dài bất tận.

Năm 1965, Gordon Moore, đồng sáng lập hãng Intel, đưa ra tuyên bố nổi tiếng được gọi là “Quy luật Moore”: Số lượng bóng bán dẫn trên một chip sẽ liên tục tăng gấp đôi trong chu kỳ từ 18 đến 24 tháng. Trong 40 năm tiếp sau đó, lượng transistor đã tăng từ 2.300 lên 55 triệu và luật Moore tiếp tục chứng minh chân lý của nó. “Xét về nhiều mặt, chúng ta vẫn còn trong giai đoạn trứng nước của lĩnh vực vi xử lý”, Gordon Moore nói. “Còn rất nhiều điều mà ta có thể làm để chip mạnh hơn”.

Trong một chu trình giống như thuật in đá (lithography) khi chế tạo chip, các mạch điện được khắc axit lên silicon bằng cách chiếu ánh sáng qua một tấm màn. Cùng với việc cải tiến phương pháp sử dụng những bước sóng ngắn của ánh sáng, người ta có thể chế tạo những vi mạch ngày càng tinh xảo.

Tuy nhiên, theo tiến sĩ Dave Watson của hãng IBM, có một số khó khăn trong việc tiếp tục cải thiện hơn nữa quá trình nói trên và người ta đang bắt đầu chuyển sang sử dụng những bước sóng ánh sáng khác nhau, thay thế ánh sáng hiển thị thực bằng tia cực tím. Điều này cho phép ta sử dụng những bước sóng ngày càng ngắn hơn và nhờ đó có thể gắn thêm những linh kiện bé hơn nữa vào các bó vi mạch.

Mặc dù vậy, kể cả khi người ta có thể liên tục tinh xảo hóa quá trình lithography nói trên thì thách thức lớn nhất vẫn là nhiệt lượng tỏa ra khi chip trở nên quá nóng. “Các bộ vi xử lý tiêu thụ nhiều năng lượng hơn mức chúng thực tế cần để hoạt động và vì thế phát ra nhiệt lượng cao. Nguyên nhân chính là mật độ quá đông các linh kiện được gắn trên nó”, Watson nói. “Sẽ đến một giai đoạn khi mà bạn không thể khai thác sức mạnh toàn bộ các thành phần của chip cùng một lúc mà chỉ có thể dùng từng phần để giữ cho lượng nhiệt tỏa ra ở mức thấp nhất”.

Theo Watson, nếu nhìn vào công nghệ chip hiện nay, bộ phận lõi thực tế của thiết bị vi xử lý chỉ có thể dày khoảng 25 lớp nguyên tử silicon trong khi ta phải truyền điện giữa những bộ phận khác nhau. “Chính vì thế phải có hai thanh dẫn bằng đồng, ngăn cách bằng 25 lớp nguyên tử đó và các electron sẽ đơn giản nhảy từ mặt này sang mặt kia”, Watson giải thích. “Nếu càng làm nhỏ hơn nữa những yếu tố này, thì đơn giản là ta sẽ không thể kiểm soát các electron trong phạm vi một chip”.

Trước đây, các nhà phát triển thiết bị xử lý đã gặp phải những rào cản như vậy nhưng luật Moore luôn luôn đem lại một hướng đi mới để khắc phục. Sự thay đổi từ thanh dẫn bằng nhôm sang đồng trong chip cũng đồng nghĩa với việc tiết kiệm 30% năng lượng. Những loại chip cao cấp gần đây được làm từ chất gallium arsenide (Gali axênit) thay thế cho silicon thậm chí còn nâng công suất lên 40%. Tuy nhiên, kể cả khi khắc phục được vấn đề sức nóng, vật liệu mà tốc độ thì quá trình liên tục thu nhỏ cũng không thể diễn ra mãi mãi.

Nhiều chuyên gia dự báo, vào thập kỷ tới, luật Moore sẽ đạt đến giới hạn của nó và các hãng chế tạo chip sẽ không thể làm ra những dây dẫn mỏng hơn cấp độ nguyên tử. Khi đạt đến ngưỡng đó, nếu chúng ta vẫn muốn tăng cường sức mạnh cho thiết bị xử lý thì các nhà khoa học sẽ phải tiến hành một hướng đi khác.

Hiện nay, một trong những giải pháp được nhắc đến nhiều nhất chính là công nghệ lượng tử (quantum). Trong một máy tính quantum, dữ liệu được xử lý bằng cách khai thác những thuộc tính vật lý đặc biệt của lượng tử và các thành phần tính toán sẽ không phải là transistor mà là những nguyên tử được “bẫy”.

“Sự khác biệt giữa điện toán lượng tử và máy tính truyền thống là: trong cơ chế computer hiện nay, chúng ta xử lý các bit dữ liệu, mà tại một thời điểm nhất định, có thể là số 1 hoặc 0. Còn trong công nghệ lượng tử, chúng ta dùng đơn vị Qubit”, Giáo sư Andrew Briggs thuộc ngành vật liệu nano của đại học Oxford (Anh), giải thích. “Cái khác chính là mỗi Qubit biểu thị 1 hoặc 0 cùng một lúc. Ích lợi mà nó đem lại là chúng ta có thể áp dụng nhiều giải pháp khác nhau đồng thời cho một vấn đề”. Tổ hợp Qubit sẽ được thiết lập bằng cách sắp hàng những nguyên tử bị bẫy. Thay vì phải tìm ra một câu trả lời cụ thể cho một vấn đề, nhóm Qubit sẽ xác định tất cả những giải đáp khả thi với ít bước xử lý hơn nhiều so với điện toán truyền thống.

Tất nhiên, máy tính lượng tử có thể là một thứ quá phù phiếm hoặc xa xỉ đối với những ứng dụng bình thường như xử lý văn bản hay gửi e-mail. Song, đối với những nhiệm vụ đòi hỏi nhiều sức mạnh tính toán hơn cả những gì Luật Moore có thể chứng minh, thì lượng tử có vẻ là viễn cảnh khả dĩ nhất.

Phan Khương từ http://vnexpress.net/Vietnam/Vi-tinh/2004/07/3B9D4E47/

Bao giờ quy luật Moore đến giới hạn?

Gordon Moore: "Định luật Moore đã đi đến giới hạn"

Ngày 19/4 tới, ngành công nghiệp điện toán sẽ kỷ niệm 40 năm ngày ra đời của định luật mang tên nhà đồng sáng lập hãng Intel. Tuy nhiên, tác giả của thuyết nối tiếng này tin rằng quá trình nhân đôi số transistor trên chip theo chu kỳ 2 năm không thể kéo dài lâu nữa.

Gordon Moore giới thiệu một tấm wafer (dùng làm chip) tại trụ sở Intel ở Santa Clara, California (Mỹ). Dưới đây là trao đổi của Gordon Moore với một số hãng tin công nghệ quốc tế:

- Định luật Moore bắt nguồn từ đâu?

- Vào dịp kỷ niệm 35 năm của tạp chí Electronics vào năm 1965, tổng biên tập của họ mời tôi viết một bài báo về tương lai của các linh kiện bán dẫn trong vòng 10 năm tiếp theo. Tôi muốn trình bày ý tưởng về việc các mạch tích hợp (IC) sẽ là chìa khóa để tạo ra những thiết bị rẻ tiền hơn. Vì thế, tôi đặt ra phép ngoại suy về sau trở thành định luật này. Mạch điện lớn nhất vào thời điểm đó có khoảng 30 linh kiện bên trong. Tôi lần ngược lại lịch sử thì thấy con số đó bắt đầu từ 4,8,16...và cứ như vậy tăng gấp đôi mỗi năm. Lúc ấy tôi cũng không nghĩ điều này thực sự là chính xác và bản thân tôi chỉ muốn cố làm rõ rằng mọi thứ sẽ trở nên ngày càng tinh vi và rẻ tiền hơn. Cuối cùng, hóa ra điều mà tôi viết lại chính xác hơn cả mức bản thân tôi có thể tin. Một người bạn của tôi là giáo sư Carver Mead thuộc hãng Cal Tech đã đặt luôn tên cho phát hiện này là Định luật Moore và cứ thế người ta gọi nó như vậy. Suốt 20 năm tôi thậm chí không thể tự tin sử dụng cái tên đó và mãi về sau mới thấy chấp nhận được. Năm 1975, tôi thay đổi một số nội dung trong định luật và mọi thứ được giữ nguyên cho đến hiện nay. Vào thời điểm này, quy trình nhân đôi số transistor là xấp xỉ 24 tháng.

- Ông cảm nhận như thế nào về ý nghĩa của quá trình nhân đôi transistor này cũng như những cơ hội mà nó cho phép tạo ra?

- Tôi đọc lại bài báo mình viết và nhận thấy những vấn đề nhắc đến trong đó liên quan đến máy tính gia đình. Tôi rất ngạc nhiên khi thấy chính mình tìm ra tính quy luật như vậy. Thành thực mà nói tôi không biết mình đã dự báo một điều mang tính lý thuyết vào năm đó.

- Mọi thứ đang đi đến giới hạn và tốc độ nhân đôi bóng bán dẫn đã chậm dần. Những vật liệu mới có thể cho phép ngành công nghiệp máy tính vượt qua ngưỡng giới hạn?

- Với bất cứ vật liệu nào làm từ nguyên tử thì đều có một giới hạn cơ bản mà bạn không thể làm nhỏ hơn. Tôi đã thay đổi chu kỳ nhân đôi từ 1 năm lên 2 năm và dần dần có thể sẽ là 3-4 năm.

- Đã bao nhiêu lần người ta dự báo sự kết thúc của định luật Moore và bao nhiêu lần ông thực sự tin rằng điều đó sẽ xảy ra?

- - Trong 10 năm qua, tôi đã đọc rất nhiều bài báo viết về sự chấm dứt của tiến trình nhân đôi transistor trên chip. Có thời điểm tôi đã nghĩ rằng 1 micromet (1 phần triệu met) sẽ là giới hạn cuối cùng nhưng rồi mốc đó nhanh chóng bị vượt qua. Sau đó, tôi lại tin rằng 1/4 micromet sẽ là dấu chấm hết nhưng mọi thứ vẫn tiếp diễn. Giờ đây chúng ta đang ở mức dưới 1/10 micromet và đang tiến đến mức 1/65. Quá trình nhân đôi không thể kéo dài mãi mãi nhưng sự chấm hết sẽ chỉ đến trong ít nhất 10-20 năm nữa và đó cũng là khoảng thời gian mà chúng ta có thể dự báo.

- Thứ gì có thể thay thế silicon?

- Có thể là điện toán lượng tử hay công nghệ nano…Thực sự mà nói thì tôi vẫn rất hoài nghi về việc những thứ đó có khả năng thay thế hoàn toàn silicon kỹ thuật số. Bạn có thể dễ dàng tạo ra một transistor cực nhỏ bằng những công nghệ này với tần suất rất cao nhưng khó có thể kết nối hàng tỷ thứ đó lại với nhau. Đó chính là vấn đề. Mọi việc không đơn thuần chỉ là làm ra một transistor thật nhỏ.

Tôi coi công nghệ phát triển xoay quanh mạch tích hợp IC là phương pháp cơ bản để xây dựng các vi kiến trúc phức tạp. Thay vì bị thay thế, nó thực sự đang xâm nhập vào rất nhiều lĩnh vực khác. Chẳng hạn như chip gene. Silicon là một công nghệ rất mạnh mà sẽ còn được sử dụng rộng rãi. Tôi chưa thấy bất cứ thứ gì có tiềm năng thay thế nó.

Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là nhiều phát minh mới sẽ không thể được tích hợp lại, chẳng hạn việc tích hợp các ống nano carbon vào nhiều lớp kim loại hoặc tương tự như vậy. Dẫu sao, tôi vẫn chưa thấy đó là một giải pháp thay thế bóng bán dẫn silicon.

- Khi nhìn lại quãng đường đã qua, những sản phẩm nào có thể khiến ông thốt lên “Ái chà đúng là một tác phẩm đẹp”?

- Những thứ mà tôi cho là dấu mốc lại không phải là những tác phẩm đẹp mà là những sản phẩm có tính kinh tế cao. RAM động 1103 đầu tiên mà chúng tôi chế tạo tại Intel là một trong số đó. Đây chính là sản phẩm tạo doanh thu lớn thực sự đầu tiên của chúng tôi. Tiếp theo, tôi đánh giá rất cao bộ vi xử lý đầu tiên. Ban đầu, nó chạy rất chậm nhưng đã làm đúng tác vụ mà nó được thiết kế ra để hoàn thành. Cũng có rất nhiều thứ khác mang tính kinh tế cao nhưng tôi thường coi chúng là những sản phẩm mang tính cách mạng nhiều hơn.

- Ông nghĩ thế nào về việc sức mạnh điện toán liên tục được bổ sung theo định luật Moore có thể đem đến những chiếc computer có trí thông minh tương đương con người?

- Trí tuệ của con người, theo quan điểm của tôi, được tạo nên theo một cách khác xa so với máy tính. Tôi không cho rằng con đường mà chúng ta đang theo đuổi hiện nay sẽ đem đến một thứ gì đó giống như trí thông minh tự nhiên. Cái sức mạnh trí tuệ nhân tạo cần có để làm được những điều giống như bộ não vượt quá tất cả những gì chúng ta tạo ra trên trái đất này theo cách tiếp cận hiện tại.

- Chip đang ngày một nhỏ hơn trong khi đầu tư cho các nhà máy chế tạo thiết bị vi xử lý lại ngày càng trở nên đắt đỏ. Ông đánh giá ảnh hưởng của vấn đề này đối với ngành công nghiệp chế tạo chip như thế nào?

- Vào những năm 60 của thế kỷ trước, chi phí xây dựng cơ sở còn tương đối rẻ và vấn đề chưa có gì đáng kể. Mọi việc chỉ thực sự trở thành điểm nóng vào những năm 80 - trước đó yếu tố chi phí chủ yếu liên quan đến lao động và công nghệ. Các nhà máy chế tạo chip hiện nay đòi hỏi mức đầu tư từ 2,5 đến 3 tỷ USD nhưng ngược lại năng suất cao hơn nhiều. Khi Intel được thành lập vào năm 1968, chúng tôi dẫn đầu với công nghệ tấm wafer 2 inch. Còn hiện nay, các tấm wafer 12 inch với đường kính gấp 6 lần và diện tích gấp 36 lần cho phép chứa đựng nhiều thứ hơn và đem lại năng suất cao hơn nhiều.

- Ông có dự báo định luật gì mới cho 40 năm tới?

- Thôi, tôi xin chịu. Một vòng nguyệt quế cho định luật Moore này đã đủ rồi. Tất nhiên, cũng có thể có một định luật Moore phiên bản 2 nhưng người đẻ ra nó sẽ không phải là tôi.

- Ông dùng máy tính như thế nào?

- Tôi dành một nửa thời gian ngồi trước computer. E-mail là một phần quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của tôi. Hiện nay, tôi đã nghỉ hưu và mỗi năm cư trú 6 tháng ở Hawaii. Nếu không có máy tính thì chả biết tôi sẽ liên lạc như thế nào. Trên máy tính, tôi dùng các chương trình bảng tính và phần mềm văn bản nhiều nhất. Tôi cũng hay chơi các game đơn giản và xử lý ảnh.

Phan Khương tổng hợp từ http://www.vnexpress.net/GL/Vi-tinh/2005/04/3B9DD501/

Xem công nghệ chip silicon và bao giờ quy luật Moore đạt đến giới hạn?

Gordon Moore: "Định luật Moore đã đi đến giới hạn"

Intel Atom tự phá vỡ định luật Moore

Dường như định luật nổi tiếng của ngành sản xuất chip không còn đúng với thế hệ chip Atom tiếp theo, tên mã Pineview, khi mà dòng vi xử lý này chỉ đạt xung nhịp 1,66 GHz.

30 năm qua, ngành công nghiệp máy tính coi định luật Moore là kim chỉ nam để phát triển, trong đó nói rằng tốc độ của bộ vi xử lý sẽ nhân đôi sau mỗi 18 tháng. Tuy nhiên, bộ ba chip Atom mới có xung nhịp tăng không đáng kể so với mức 1,6 GHz phổ biến hiện nay. Tương tự, chip đồ họa mà Intel dự định sẽ tích hợp trong dòng CPU mới cũng chỉ nhanh hơn một chút so với hiện tại.

Intel cũng thừa nhận sự thiếu cải tiến về tốc độ nhưng thay đổi lớn nhất là Atom sẽ được tích hợp trong một chipset đơn chứa cả chip đồ họa và mạch điều khiển bộ nhớ (memory controller). Kiến trúc này làm cho các bộ phận nằm gần nhau và gần CPU hơn, nhờ đó netbook và nettop dùng Pineview chạy nhanh hơn. Thời lượng pin dài và khả năng tỏa nhiệt thấp cũng giúp một số netbook mới không cần quạt làm mát.

Tuy nhiên, sự thay đổi không rõ rệt sẽ khiến Intel phải đối mặt với những nguy cơ cạnh tranh từ các hãng như ARM (Anh) với chip rẻ và tiết kiện điện hơn cả Atom hiện tại.

Ngoài ra, công ty sản xuất chip Mỹ đang mở đường cho những đối thủ khác như Nvidia với nền tảng Ion (gồm chip Atom N270 và đồ họa Nvidia 9400M - được dùng trong dòng MacBook Pro).

Dù chưa phổ biến vì giá cao, Ion mang tới khả năng đồ họa cao hơn hẳn chip Intel 945 Express, nhất là khi hiển thị video vì nó hỗ trợ nội dung 1080p HD. Mới đây, Nvidia cũng công bố gần 20 mẫu máy dùng nền tảng này tại Computex 2009.

Theo tờ HKEPC của Hong Kong, Atom mới gồm 3 phiên bản: N450, D410 đơn lõi và D510 lõi kép, đều có xung nhịp 1,66 GHz, đồ họa 200 MHz (GMA 500). Trong khi đó, hai phiên bản Atom hiện nay là N270 và N280 cũng đã đạt tốc độ tương ứng là 1,6 GHz và 1,66 GHz còn đồ họa là 133 MHz (GMA 945).

Tuy nhiên, N450 sẽ chỉ tiêu thụ điện năng ở mức 2 watt, tức không cần đến quạt làm mát còn N270 hiện là 4 watt. N450 và D510 sẽ có mặt vào quý IV năm nay còn D410 là đầu 2010 - khoảng 18 tháng sau khi Atom thế hệ đầu ra đời (tháng 4/2007).

Châu An từ http://www.vnexpress.net/GL/Vi-tinh/2009/06/3BA101DF/

Gordon Moore đã từng nói "Định luật Moore đã đi đến giới hạn".

Intel Atom tự phá vỡ định luật Moore