Từ công nghệ 2 nm với khoảng 50 tỷ transistor đến kiến trúc 0,7 nm với gần 100 tỷ transistor trên một chip kích thước bằng móng tay – IBM đang mở ra một hướng tiếp cận mới cho quá trình thu nhỏ và nâng cao hiệu năng chip.
Ngày 25/6/2026, IBM công bố một bước tiến đáng chú ý trong công nghệ bán dẫn: công nghệ chip sub-1 nanometer (nm) tại node 0,7 nm, tương đương 7 angstrom. Theo IBM, đây là công nghệ chip sub-1 nm đầu tiên của hãng, đánh dấu bước tiến quan trọng khi ngành bán dẫn ngày càng tiến gần các giới hạn vật lý của quá trình thu nhỏ transistor.
Lưu ý: 0,7 nm ở đây là tên của một thế hệ công nghệ/node và không có nghĩa mọi kích thước vật lý của transistor hay dây dẫn trên chip đều bằng 0,7 nm. IBM cũng giải thích rằng ở các node hiện đại, con số này không còn tương ứng trực tiếp với một kích thước hình học đơn lẻ trên chip.
Từ 2 nm đến 0,7 nm: Mật độ transistor tăng gần gấp đôi
Năm 2021, IBM từng giới thiệu công nghệ chip 2 nm, có khả năng tích hợp tới 50 tỷ transistor trên một chip kích thước bằng móng tay. Đây là một cột mốc quan trọng trong việc ứng dụng kiến trúc nanosheet để tiếp tục thu nhỏ transistor.
Sau khoảng 5 năm, IBM tiếp tục công bố công nghệ 0,7 nm với gần 100 tỷ transistor trên cùng quy mô kích thước. Theo IBM, mật độ transistor của công nghệ mới gần gấp đôi so với node 2 nm được công bố năm 2021.
| IBM 2 nm | IBM sub-1 nm | |
|---|---|---|
| Node | 2 nm | 0,7 nm / 7 Å |
| Transistor | ~50 tỷ | ~100 tỷ |
| Kiến trúc nổi bật | Nanosheet | 3D Nanostack |
| Mục tiêu | Tiếp tục scaling | Mở rộng scaling ở kỷ nguyên Angstrom |
Nanostack – thay đổi cách xây dựng transistor
Điểm đáng chú ý nhất trong nghiên cứu mới không chỉ nằm ở việc giảm con số từ 2 nm xuống 0,7 nm, mà còn nằm ở kiến trúc transistor mới mang tên Nanostack.
Theo IBM, Nanostack là kiến trúc dựa trên nanosheet với cấu trúc 3D, trong đó các transistor được xếp chồng và bố trí lệch theo chiều dọc. Cách tiếp cận này giúp tận dụng không gian theo chiều đứng để tăng số lượng transistor có thể tích hợp trên cùng diện tích chip.
Kiến trúc này cũng cho phép sử dụng các tổ hợp vật liệu khác nhau trong từng lớp transistor, từ đó có thể tối ưu hiệu năng và mức tiêu thụ năng lượng của từng transistor độc lập hơn. IBM cho biết công nghệ đã được kiểm chứng thực nghiệm thông qua các bước như liên kết điện môi siêu mỏng, tích hợp CMOS và hoạt động của CMOS inverter.
Hiệu năng và năng lượng được cải thiện như thế nào?
Các kết quả kỹ thuật được IBM công bố cho thấy công nghệ mới có tiềm năng đạt:
- Tăng tới 50% hiệu năng, hoặc
- Tăng tới 70% hiệu quả năng lượng
so với công nghệ node 2 nm của IBM. Đây là những mức cải thiện được dự báo từ kết quả kỹ thuật, không nên hiểu là mọi chip thương mại sử dụng node 0,7 nm đều mặc định đạt các con số này.
Bên cạnh đó, IBM cho biết kiến trúc Nanostack còn đạt 40% scaling đối với SRAM trong nghiên cứu được trình bày tại VLSI 2026. Đây là điểm đáng chú ý đối với các hệ thống AI, khi khả năng truy cập và dung lượng bộ nhớ trên chip ngày càng trở thành yếu tố quan trọng đối với hiệu năng xử lý.
Vì sao công nghệ sub-1 nm có ý nghĩa với AI?
AI đang đòi hỏi năng lực tính toán ngày càng lớn. Khi các mô hình AI ngày càng phức tạp, phần cứng phải xử lý lượng dữ liệu lớn hơn nhưng đồng thời phải kiểm soát mức tiêu thụ năng lượng.
Vì vậy, việc tăng mật độ transistor, cải thiện hiệu năng trên mỗi đơn vị năng lượng và tăng khả năng tích hợp bộ nhớ có thể mở ra thêm dư địa cho các thế hệ CPU, GPU, AI accelerator và các hệ thống tính toán hiệu năng cao trong tương lai.
IBM cho biết công nghệ sub-1 nm của họ hướng tới các ứng dụng từ generative AI, hạ tầng cloud đến các thiết bị điện tử thế hệ mới.
Đây đã là chip thương mại 0,7 nm chưa?
Đây là điểm cần phân biệt rõ khi đề cập đến thông tin này.
IBM đã phát triển và thực nghiệm xác nhận công nghệ chip sub-1 nm, nhưng điều đó không đồng nghĩa chip 0,7 nm đã được đưa vào sản xuất đại trà hay trở thành sản phẩm thương mại.
IBM đang trình diễn một công nghệ và kiến trúc transistor có khả năng mở rộng trong tương lai. Hãng cho rằng Nanostack có thể trở thành nền tảng cho nhiều thế hệ thiết bị tiếp theo.
Nói cách khác, đây là một cột mốc nghiên cứu và phát triển quan trọng, chứ chưa phải một node sản xuất hàng loạt đã được thương mại hóa.
Từ Nanometer đến Angstrom: Ngành bán dẫn đang đi đâu?
Trong nhiều thập kỷ, ngành bán dẫn liên tục tìm cách thu nhỏ transistor để tăng mật độ tích hợp, cải thiện hiệu năng và giảm năng lượng tiêu thụ.
Nhưng khi kích thước ngày càng tiến gần giới hạn vật lý, việc chỉ “thu nhỏ thêm” trở nên khó khăn hơn.
Bước tiến của IBM cho thấy một hướng tiếp cận khác: không chỉ thu nhỏ transistor mà còn thay đổi cách các transistor được bố trí và tích hợp trong không gian 3D.
Từ 2 nm → 0,7 nm, câu chuyện vì thế không đơn giản là một con số nhỏ hơn. Đó là câu chuyện về kiến trúc transistor, vật liệu, quy trình chế tạo và tư duy thiết kế vi mạch mới.
Với những người đang theo đuổi lĩnh vực IC Design và Semiconductor, những bước tiến như Nanostack cho thấy ngành bán dẫn vẫn đang tiếp tục mở rộng giới hạn của những gì có thể tích hợp trên một con chip.
Từ nanometer đến angstrom – cuộc đua về mật độ, hiệu năng và hiệu quả năng lượng của chip vẫn đang tiếp tục.