TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), nhà sản xuất vi mạch hàng đầu thế giới, dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt chip 2nm vào nửa cuối năm 2025. Theo công bố, công nghệ này sẽ mang lại tốc độ xử lý nhanh hơn từ 10-15% ở cùng mức tiêu thụ năng lượng, hoặc tiết kiệm điện từ 20-30% ở cùng hiệu suất so với dòng chip 3nm trước đó.
Không chỉ vậy, mật độ bóng bán dẫn (transistor) trong chip 2nm còn cao hơn khoảng 15% so với chip 3nm – điều này giúp các thiết bị trở nên mạnh mẽ hơn, xử lý các tác vụ phức tạp hơn mà vẫn tiêu tốn ít năng lượng hơn.
Vi mạch là nền tảng của mọi thiết bị điện tử hiện đại – từ bàn chải đánh răng điện, điện thoại, máy tính xách tay, đến xe tự hành và hệ thống điều khiển robot. Về bản chất, chúng là những mạch điện siêu nhỏ chứa hàng tỷ bóng bán dẫn – các công tắc điều khiển dòng điện, giúp máy móc “tư duy” và xử lý dữ liệu.
Càng nhiều bóng bán dẫn trong một diện tích càng nhỏ, vi mạch càng mạnh mẽ và tiết kiệm điện. Do đó, cuộc đua thu nhỏ kích thước chip – từ 5nm đến 3nm và giờ là 2nm – chính là chìa khóa để bứt phá trong các lĩnh vực như AI, điện toán đám mây, điện thoại di động và thiết bị IoT.
Với hiệu năng cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp, chip 2nm hứa hẹn sẽ giúp trí tuệ nhân tạo hoạt động mượt mà hơn – từ trợ lý ảo, dịch ngôn ngữ theo thời gian thực đến hệ thống máy tính tự động hóa. Trong các trung tâm dữ liệu, chip mới có thể giảm lượng điện tiêu thụ, từ đó đóng góp tích cực vào mục tiêu phát triển bền vững và giảm khí thải carbon.
Ngành công nghiệp xe tự hành và robot cũng sẽ hưởng lợi khi chip 2nm mang lại tốc độ xử lý nhanh và độ tin cậy cao hơn, giúp các công nghệ này trở nên an toàn, khả thi và dễ ứng dụng hơn trong thực tiễn.
Dù mang trong mình tiềm năng cách mạng, vi mạch 2nm cũng đối mặt với nhiều thách thức. Trước hết là khâu sản xuất cực kỳ phức tạp, đòi hỏi công nghệ quang khắc cực tím (EUV) hiện đại bậc nhất, kéo theo chi phí cao và yêu cầu độ chính xác tuyệt đối.
Thứ hai, vấn đề nhiệt đang trở thành bài toán đau đầu. Khi bóng bán dẫn thu nhỏ đến mức cực đại, việc tản nhiệt trở nên khó khăn, dễ dẫn đến tình trạng quá nhiệt làm ảnh hưởng hiệu năng và độ bền của chip. Ngoài ra, vật liệu truyền thống như silicon có thể chạm đến giới hạn vật lý, buộc ngành bán dẫn phải nghiên cứu các vật liệu thay thế như graphene hoặc các hợp chất bán dẫn mới.