Vì sao chip 28 nm vẫn giữ vai trò quan trọng trong ngành bán dẫn?

Bên trong một con chip chứa hàng tỷ công tắc siêu nhỏ gọi là "bóng bán dẫn"(transistor) bật và tắt dòng điện. Các công tắc này được kết nối với nhau bằng các đường dẫn kim loại siêu mỏng.

Chip “28 nm”, “7 nm” hoặc “3 nm” là cách gọi tắt chỉ kích thước nhỏ và mật độ sắp xếp của các cấu trúc bên trong chip. Con số nhỏ hơn thường có nghĩa là bạn có thể đặt nhiều bóng bán dẫn hơn trên cùng một con chip, giúp chip mạnh hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và tỏa nhiệt thấp hơn.

Cần lưu ý, một nanomet (nm) bằng một phần tỷ của mét. Để dễ hình dung, một sợi tóc người có độ dày khoảng 80.000 - 100.000 nm. Một nanomet giống như việc chia sợi tóc đó thành hàng chục nghìn mảnh nhỏ.

Các phiên bản chip đời đầu sử dụng các con số như 90 nm, 65 nm, hay 40 nm phản ánh tương đối chính xác một kích thước cụ thể với bóng bán dẫn. Tuy nhiên, khi thiết kế chip ngày càng phức tạp, với nhiều lớp, vật liệu mới và các cấu trúc bán dẫn không còn phẳng, mối liên hệ một - một giữa con số nanomet và kích thước vật lý dần bị phá vỡ.

Ngày nay, các nhãn như 7 nm hoặc 3 nm hoạt động giống như tên gọi của thế hệ hơn là các phép đo chính xác. Chúng báo hiệu một quy trình sản xuất mới thường mang lại mật độ bóng bán dẫn cao hơn và hiệu quả năng lượng tốt hơn, nhưng đi kèm là quy trình sản xuất phức tạp và chi phí đắt đỏ.

Trong khi đó, 28 nm được xem là một chip “trưởng thành”, đã được thương mại hóa rộng rãi, có quy trình ổn định và hệ sinh thái thiết kế hoàn chỉnh.

Vì sao chip 28 nm vẫn quan trọng?

Từ thế hệ 16/14 nm, ngành bán dẫn chuyển sang kiến trúc FinFET, tức bóng bán dẫn hiệu ứng trường có vây dọc mỏng thay vì hoàn toàn phẳng truyền thống. Kiến trúc này giúp cải thiện đáng kể hiệu năng và giảm rò rỉ điện, nhưng đồng thời làm tăng độ phức tạp của thiết kế và sản xuất.

Tuy nhiên, tiến trình tiên tiến đòi hỏi đầu tư rất lớn cho thiết bị, chi phí mặt nạ quang khắc cao, yêu cầu khắt khe về phần mềm thiết kế vi mạch và đội ngũ kỹ sư trình độ cao. Chu kỳ phát triển sản phẩm kéo dài hơn, chi phí cho mỗi lần sản xuất thử nghiệm tăng mạnh và rủi ro kỹ thuật cũng lớn hơn.

Trong khi đó, 28 nm sử dụng kiến trúc bán dẫn phẳng đã được kiểm chứng trong thời gian dài. Quy trình sản xuất ổn định giúp doanh nghiệp dễ kiểm soát chi phí, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường và giảm rủi ro trong quá trình phát triển chip.

So với các thế hệ trước đó, chip 28 nm cho phép mật độ bóng bán dẫn cao hơn và khả năng tích hợp các khối chức năng phức tạp hơn trên cùng một con chip. Đây cũng là một trong những tiến trình đầu tiên được triển khai rộng rãi ở quy mô toàn cầu, trở thành nền tảng cho nhiều hệ thống trên chip (SoC) trong suốt nhiều năm.

Ở tiến trình này, chip vẫn đáp ứng tốt nhu cầu của nhiều lĩnh vực không đòi hỏi hiệu năng cực cao nhưng yêu cầu độ ổn định và độ tin cậy lớn, như thiết bị mạng, bộ định tuyến, camera, thiết bị kết nối Internet vạn vật, chip điều khiển công nghiệp, thiết bị y tế, điện thoại thông minh và ô tô.

Đây là những lĩnh vực cần chip hoạt động bền bỉ trong thời gian dài, có vòng đời sản phẩm kéo dài nhiều năm và không phụ thuộc vào việc liên tục nâng cấp công nghệ.

Một lợi thế lớn khác của 28 nm là tính kinh tế. Trong khi các tiến trình tiên tiến chủ yếu phục vụ điện thoại cao cấp, trí tuệ nhân tạo và siêu máy tính, phần lớn sản phẩm điện tử trên thị trường vẫn cần chip có giá thành hợp lý để sản xuất ở quy mô lớn.

Các tổ chức tư vấn quốc tế nhận định rằng đời sống hiện đại phụ thuộc rất nhiều vào các tiến trình công nghệ trưởng thành, bởi đây là nền tảng của hạ tầng công nghiệp và các ngành kinh tế thiết yếu.

Ngoài ra, chip 28 nm còn giữ vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển năng lực bán dẫn của nhiều quốc gia. Với hệ sinh thái thiết kế phong phú, thư viện linh kiện sẵn có và quy trình sản xuất ổn định, tiến trình 28 nm phù hợp để xây dựng năng lực chế tạo trong nước, đào tạo nhân lực và phát triển hệ sinh thái doanh nghiệp nội địa.