• Thứ Tư, 07/01/2004 16:27 (GMT+7)

    TERAHERTZ : Hãy đợi đấy

    Những khám phá công nghệ mới cho phép vượt qua các giới hạn vật lý hiện tại trong lĩnh vực chế tạo vi xử lý.  Vào năm 1971, Intel cho ra đời bộ vi xử lý đầu tiên mang ký hiệu 4004, được chế tạo với 2300 transistor trên một bề mặt kích thước bằng móng tay. Nó đã mở ra chân trời cho máy tính cá nhân (PC). Ba mươi năm sau, thế hệ mới nhất của bộ vi xử lý Intel - Pentium 4 – được trang bị những công nghệ hiện đại như video số, internet, ảnh 3D, game... P4 cấu tạo từ 42 triệu transistor (gấp 18.200 lần bộ 4004) mà kích thước của mỗi transistor không quá 0,13 micron (bề dày trung bình của sợi tóc là 100 micron). Việc gia tăng tốc độ hiện vẫn tiếp diễn, theo luật mang tên của một trong những người sáng lập ra Intel: định luật Moore. Theo định luật này, tốc độ xử lý cứ tăng gấp đôi sau chu kỳ 18 tháng. Còn tương lai thì sao?

    Với công nghệ hiện thời, việc chế tạo chip sẽ gặp phải những giới hạn về vật lý. Dưới một kích thước nào đó của transistor (vẫn còn chưa đạt đến), người ta biết rằng các electron lưu thông trong bộ vi xử lý sẽ không còn kiểm soát được nữa, chúng sẽ gây ra sự tiêu hao năng lượng đáng kể và dẫn đến nguy cơ tăng nhiệt độ làm hư hao linh kiện. Theo phép ngoại suy của Intel, cứ theo đà này nếu không có giải pháp nào cho vấn đề năng lượng, thì vào năm 2010, một chip điện tử kích thước 1cm2 sẽ có nhiệt độ tương đương bề mặt của mặt trời!

     

    Vượt qua giới hạn

           

    Tháng 12/2001, tại Washington, trong đại hội thường niên của các nhà chế tạo máy tính (International Electron Device Meeting - IEDM), các nhà điều hành của Intel, IBM và AMD đã hé lộ một ít bí mật trong “kho báu” của họ. Những công nghệ hoàn toàn mới sẽ làm thay đổi những nguyên tắc chế tạo chip và cho phép theo đuổi định luật Moore tối thiểu là trong thập kỷ tới. Công ty sản xuất bộ vi xử lý hàng đầu thế giới Intel hứa hẹn đến năm 2007 sẽ xuất hiện trên thị trường bộ vi xử lý với tốc độ 20 GHz chứa 1 tỉ transistor kích thước 0,02 micron. Mỗi transistor sẽ có khả năng hoán chuyển (từ trạng thái “on” sang “off”) với tần số kỷ lục là 1 terahertz tức 1.000 tỉ lần/giây. Năng lượng tiêu thụ của bộ xử lý này chỉ xấp xỉ Pentium 4.


    Cấu trúc transistor mới của Intel được gọi là Terahertz Transistor Architecture. Trước tiên, chất cách nhiệt mới gọi là High-K Gate Dielectric, có tác dụng ngăn chặn mức tiêu hao năng lượng mạnh gấp 10.000 lần so với kỹ thuật hiện nay, cho phép tránh được thất thoát electron. Kế đến, để giảm đến mức tối thiểu sự tiêu thụ điện năng, họ đề xuất ý tưởng nâng cao thêm kênh tải điện ở cổng ra và vào. Như thế sẽ làm dày thêm khoảng 30% ở chỗ electron đi ngang qua transistor. Điều này có nghĩa là transistor sẽ cần dùng ít năng lượng hơn để đáp ứng với các xung điện và sự toả nhiệt sẽ ít hơn. Cuối cùng, một lớp cực mỏng oxyde sẽ cách ly kênh tải điện với phần còn lại của đế bằng silicium. Điều này có thể làm tăng nhanh sự tải điện và như thế làm giảm đến 100 lần sự thất thoát năng lượng giữa vào và ra của kênh (người ta đã xác định sự thất
    thoát có thể xảy ra ngay cả khi transistor ở trạng thái nghỉ).

    Cuộc chiến tiếp diễn...                                       

    Để đạt được điều trên, IBM đã chọn một con đường khác với Intel: tạo một cổng đôi (double gate) bao quanh kênh tải điện của transistor và thêm vào một lớp cách điện theo kỹ thuật Silicon on Insulator. IBM giải thích như sau: Cổng có nhiệm vụ kiểm soát luồng điện đi qua transistor. Transistor được chế tạo càng nhỏ, thì càng khó kiểm soát cho một cổng duy nhất của transistor chuyển từ trạng thái “on” sang “off”. Nếu muốn thực hiện điều đó thì sự tải điện cần phải thật nhanh. Từ đó cần thiết phải có 2 cổng. Mục tiêu của IBM là sẽ tạo transistor 2 cổng từ đây đến năm 2006 và đạt được tốc độ 2 terahertz.

    Về phần mình, AMD tuyên bố hùng hồn sẽ chế tạo ra transistor nhanh nhất thế giới, đạt đến triterahertz, có khả năng “tắt-mở” hơn 3.000 tỉ lần/giây; nó sẽ có kích thước khoảng 0,03 micron và có thể xuất hiện vào năm 2009!  Nhưng chúng ta sẽ được lợi gì từ sức mạnh đó? Chắc chắn là các nhà sản xuất nhắm đến nhu cầu cho các ứng dụng về multimedia như nhận dạng tiếng nói, phiên dịch tức thời, videoconference. Ngoài ra còn thị trường thiết bị kỹ thuật số bỏ túi và thiết bị không dây.

     

    BS Nguyễn Văn Thông  

    Theo SVM, 01/2002

    ID: A0205_66