Năm 1957, tám nhà khoa học đã thành lập Fairchild Semiconductor với sự hỗ trợ của Sherman Fairchild, chủ sở hữu một công ty thiết bị nhiếp ảnh. Bảy năm sau, Moore, một trong những người sáng lập Fairchild, đã đề xuất "Định luật Moore" nổi tiếng, được sử dụng trong nửa thế kỷ qua: số lượng bóng bán dẫn có thể tích hợp trên một mạch tích hợp sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 18 tháng. Nói cách khác, hiệu năng của bộ xử lý tăng gấp đôi sau mỗi hai năm và tiếp tục như vậy trong nhiều thập kỷ tiếp theo.

(Ảnh: Tám nhà sáng lập của Công ty Fairchild)

Sau đó, Moore rời khỏi công ty sản xuất chất bán dẫn "Học viện Quân sự Whampoa" Fairchild và thành lập Intel cùng với người bạn đồng hành Noyce.

Nói về định luật Moore, nó không phải là một định luật khoa học tự nhiên, nhưng nó phần nào phản ánh tốc độ tiến bộ của công nghệ thông tin. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ phát triển chất bán dẫn vừa qua, định luật này đã chứng tỏ độ chính xác rất cao.

Có thể thấy rằng vào thập niên đầu tiên của thế kỷ 21, những dự đoán của Định luật Moore gần như chính xác, đến mức 50 năm sau, người đề xuất định luật này, Gordon Moore, đã nói trong một cuộc phỏng vấn: "Đây chỉ là một suy đoán táo bạo. Nhưng sau đó, suy luận này tiếp tục thúc đẩy và chi phối sự phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn, và tôi cảm thấy yên tâm."

Khi một điều gì đó được gọi là định luật, thực chất nó đề cập đến một bản tóm tắt khoa học về một quy luật khách quan nào đó, phản ánh mối quan hệ tất yếu giữa các sự vật trải qua một quá trình biến đổi nhất định trong những điều kiện nhất định. Mặt khác, định luật đó có thể sai hoặc không chính xác trong những điều kiện khác. Không có lý thuyết nào có thể mô tả mọi thứ trong vũ trụ, và không có lý thuyết nào có thể hoàn toàn chính xác.

Thực tế, định luật Moore đã được cập nhật sau khi ông đề xuất nó. Tại Hội nghị Linh kiện Điện tử Quốc tế IEEE năm 1975, Moore đã đệ trình một bản sửa đổi: Trong mười năm tiếp theo, khi máy móc được sử dụng để phát triển công nghệ ngày càng trở nên đắt đỏ, "quy luật tăng gấp đôi hàng năm" sẽ chậm lại, chỉ còn tăng gấp đôi sau mỗi mười tám tháng.(Ghi chú của biên tập viên: Sự thay đổi này đã hình thành nên câu nói thông dụng hiện nay là 18 tháng, ban đầu là tháng Mười Hai, tức là được cập nhật mỗi năm một lần).

(Ảnh: Moore đã cập nhật luật thành 18-24 tháng vào năm 1975)

Trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 21, quy tắc này bắt đầu bị thách thức, khởi đầu với mô hình "Tick-Tock" do Intel đề xuất vào năm 2007.(Ghi chú của biên tập viên: Chu kỳ phát triển của Intel. "Tick-Tock" bắt nguồn từ nguyên lý con lắc, ám chỉ âm thanh "tích tắc" của đồng hồ mỗi giây. Intel thực hiện nâng cấp kiến ​​trúc bộ xử lý cứ hai năm một lần. Vào các năm "Tick", hãng thay đổi quy trình sản xuất bộ xử lý, còn vào các năm "Tock", hãng thay đổi kiến ​​trúc bên dưới quy trình sản xuất đó.)Mô hình "PAO" vào năm 2016(Ghi chú của biên tập viên: Chu trình phát triển do Intel đề xuất. Nó bao gồm chiến lược ba bước: công nghệ xử lý (PROCESS) - cập nhật kiến ​​trúc (ARCHITECTURE) - tối ưu hóa (OPTIMIZATION), chữ cái đầu tiên được viết tắt là "PAO")Các bộ vi xử lý Core đã không tuân thủ nghiêm ngặt lộ trình nâng cấp công nghệ sản xuất đã được thiết lập, thậm chí còn dần dần đi chệch khỏi sự tăng trưởng theo cấp số nhân định kỳ về số lượng bóng bán dẫn silicon được xác định bởi Định luật Moore. Năm 2015, Intel thừa nhận rằng quy trình sản xuất 10nm của họ sẽ không thể đạt được sản xuất hàng loạt vào cuối năm đó.

(Hình ảnh: Định luật Moore được điều chỉnh)

Vậy thì, xét từ quy trình sản xuất Core kể từ năm 2016, quy trình sản xuất CPU thực sự đang chậm lại. Chỉ có hậu tố "+" được sử dụng hai lần, điều này cũng khiến Intel bị giới chuyên môn gọi đùa là "bóp kem đánh răng". Vậy chính xác điều gì đang cản trở quy trình sản xuất bộ xử lý?

Đầu tiên, sách Hóa học Cao cấp chỉ ra rằng sự tăng trưởng theo cấp số nhân có giới hạn. lg2=0.3, có nghĩa là số lượng bóng bán dẫn sẽ tăng gấp trăm lần sau mỗi mười năm. Bộ xử lý i9 9900K có khoảng 3.2 tỷ bóng bán dẫn. Trong bảy mươi năm nữa, con số này sẽ vượt quá số lượng nguyên tử trong CPU.

Nguyên tử là những hạt nhỏ nhất, và các bóng bán dẫn được tạo ra bằng phương pháp in hóa học nên không thể vượt quá kích thước nguyên tử. Việc in những vật thể nhỏ hơn nguyên tử thông qua các biến đổi hóa học là bất khả thi, đây là lý do cơ bản nhất hạn chế sự phát triển của các bóng bán dẫn silicon (Si).

Hơn nữa, xét đến các yếu tố kinh tế, quy trình sản xuất ngày càng khắt khe đã dẫn đến chi phí nghiên cứu và phát triển tăng cao, và việc phát triển mỗi thế hệ quy trình tiên tiến hơn sẽ tiêu tốn những khoản tiền khổng lồ. Giống như tin tức trước đó về việc Intel chi 20 tỷ đô la để xây dựng một nhà máy sản xuất tấm bán dẫn, chi phí thực sự rất lớn và đã gây xôn xao dư luận trong một thời gian.

Định luật Moore không còn chỉ là lý thuyết của Intel nữa, nó ảnh hưởng đến sự phát triển của công nghệ điện tử. Tuy nhiên, không giống như các nhà sản xuất khác, điển hình là CEO Jensen Huang của Nvidia, người tin rằng "Định luật Moore đã chết", AMD và ASML vẫn tin rằng Định luật Moore vẫn còn hiệu lực. Năm nay, Tony Yen, phó chủ tịch phát triển của ASML, vẫn bày tỏ sự công nhận của mình đối với Định luật Moore trong một cuộc phỏng vấn với Reuters. "Nhiều người nói rằng Định luật Moore đã hết hạn hoặc chậm lại, nhưng tôi nghĩ là không, và nó cũng không chậm lại. Từ quan điểm của ASML, Định luật Moore có thể tiếp tục trong 10 năm nữa, hoặc thậm chí lâu hơn. Và việc thu nhỏ diện tích chip có thể tiếp tục trong ít nhất 10 năm nữa trong tương lai."

(Ảnh: NVIDIA. Hoàng Nhân Xuân từng nói tại GTC rằng "Định luật Moore đã lỗi thời")

Nếu ngành công nghiệp chip tiếp tục phát triển theo định luật Moore, thì các nhà sản xuất chất bán dẫn của Trung Quốc sẽ không bao giờ bắt kịp các nước đi trước. Sự thất bại dần dần của định luật Moore đã tạo cơ hội cho Trung Quốc nội địa hóa ngành sản xuất chất bán dẫn.

Trong một số lĩnh vực chip ứng dụng, các công ty Trung Quốc đã đạt được những tiến bộ đáng kể. Ví dụ, chip HiSilicon Kirin của Huawei đã vươn lên hàng đầu trong ngành công nghiệp chip điện thoại di động. Chẳng hạn, chip cảm biến hồng ngoại của Amap đã vượt qua châu Âu về trình độ kỹ thuật và sánh ngang với các công ty Mỹ. Trung Quốc cũng trở thành một trong năm quốc gia trên thế giới nắm vững công nghệ cốt lõi của cảm biến hồng ngoại quân sự.

Về mặt công nghệ, vào ngày 25 tháng 2, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Tang Chuanxiang thuộc Khoa Vật lý Kỹ thuật, Đại học Thanh Hoa và một nhóm nghiên cứu người Đức đã công bố bài báo nghiên cứu có tiêu đề "Thử nghiệm chứng minh nguyên lý vi chùm ổn định" trên tạp chí hàng đầu Nature, báo cáo về thí nghiệm kiểm chứng nguyên lý đầu tiên của một loại nguồn sáng gia tốc hạt mới "vi chùm ổn định" (SSMB). Hiện nay, Đại học Thanh Hoa đang tích cực hỗ trợ và thúc đẩy việc thành lập dự án nguồn sáng EUV SSMB ở cấp quốc gia. Nhóm nghiên cứu SSMB của Thanh Hoa đã đệ trình đề án dự án "Thiết bị nghiên cứu nguồn sáng cực tím vi chùm ổn định" lên Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia, và tuyên bố dự án này sẽ được đưa vào danh sách cơ sở hạ tầng khoa học và công nghệ trọng điểm quốc gia trong "Kế hoạch 5 năm lần thứ 14".(Nguồn: Đại học Thanh Hoa)

(Ảnh: Trang web chính thức của Đại học Thanh Hoa)

Ngành công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc đang tụt hậu so với châu Âu và Hoa Kỳ, và giờ đây họ chỉ có thể bắt kịp. Như cuốn sách "Trí tuệ hậu Moore" đã nói, họ vẫn phải tạo ra các giải pháp "hậu Moore".

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được đăng lại từ "Công nghiệp bán dẫn Zongheng", đơn vị ủng hộ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả bài đăng lại. Nếu phát hiện vi phạm bản quyền, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.