Trung Quốc liên tục đạt bước tiến mới về bán dẫn

Sau vài năm chịu lệnh cấm vận công nghệ của Mỹ, Trung Quốc bắt đầu đạt được thành tựu nhất định trong quá trình tự chủ bán dẫn.

Cuối tuần trước, People's Daily đưa tin JFS Laboratory, một cơ sở nghiên cứu quang tử do Trung Quốc tài trợ có trụ sở tại Vũ Hán, thử nghiệm thành công việc "thắp nguồn sáng laser tích hợp với chip silicon", còn gọi là quang tử silicon. Đây là lần đầu Trung Quốc thực hiện thành công thử nghiệm này và được miêu tả là "đã lấp đầy một trong số ít chỗ trống" trong công nghệ quang tử.

Về nguyên lý, quang tử silicon dựa vào tín hiệu quang học để dẫn truyền thay vì tín hiệu điện. JFS Laboratory cho biết mục tiêu của đơn vị là giải quyết các giới hạn hiện tại trên công nghệ truyền thống, với mục đích phá vỡ giới hạn vật lý của việc truyền tín hiệu điện giữa các chip hiện tại.

Sui Jun, Chủ tịch công ty bán dẫn Sintone ở Bắc Kinh, đánh giá với công nghệ mới từ JFS Laboratory, Trung Quốc hoàn toàn có thể tự sản xuất chip bằng "nguyên liệu thô và thiết bị tương đối hoàn thiện" mà không còn quá phụ thuộc vào các cỗ máy quang khắc cực tím (DUV), vốn được cung cấp chủ yếu bởi ASML của Hà Lan.

Theo SCMP, bước tiến về phát triển quang tử silicon có thể giúp lĩnh vực bán dẫn Trung Quốc vượt qua các rào cản kỹ thuật hiện tại, nhất là trong thiết kế chip, để hướng đến việc tự sản xuất thay vì phụ thuộc vào các công nghệ của nước khác trong bối cảnh bị Mỹ cấm vận.

Hồi tháng 1, báo cáo từ Trung tâm Nghiên cứu chiến lược và quốc tế (CSIS) cho biết quang tử silicon có thể trở thành "mặt trận mới" trong cuộc chiến công nghệ Mỹ - Trung. Intel, Nvidia và TSMC cũng đang để mắt đến các tiến bộ ở lĩnh vực này. Còn thống kê từ Hiệp hội công nghiệp bán dẫn quốc tế SEMI cho thấy thị trường này đạt 1,26 tỷ USD năm 2022 và dự kiến lên mức 7,86 tỷ USD vào năm 2030.

Đầu tháng 10, một công ty có trụ sở tại Vũ Hán khác là Numemory cho biết đã sản xuất thành công mẫu chip NM101 64 GB, một loại chip bộ nhớ lớp lưu trữ (SCM). Theo tuyên bố, chip hoàn toàn được sản xuất bằng công nghệ trong nước, "dự kiến phá vỡ thế độc quyền lâu dài của các tập đoàn quốc tế trong lĩnh vực bộ nhớ lưu trữ".

SCM là công nghệ bộ nhớ và lưu trữ mới để xử lý dữ liệu, kết hợp các tính năng có trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM) và bộ nhớ flash NAND truyền thống, được trang bị trên smartphone và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác. Còn được gọi là bộ nhớ liên tục, SCM cung cấp khả năng lưu trữ không biến động nhanh cho các bộ xử lý được sử dụng trong máy chủ và hệ thống lưu trữ trong các trung tâm dữ liệu.

Cho đến nay, sản phẩm SCM tương tự do các công ty Trung Quốc bán trên thị trường chỉ cung cấp dung lượng ở mức MB. Do đó, việc Numemory công bố một sản phẩm có dung lượng GB giúp "giảm đáng kể sự phụ thuộc của quốc gia vào công nghệ bộ nhớ nước ngoài".

Giữa tháng trước, Trung Quốc cũng quảng bá hai máy quang khắc tự sản xuất, được xem là "đạt bước tiến đáng kể" trong nỗ lực tự chủ công nghệ bán dẫn. Danh sách "thiết bị quan trọng" do Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin Trung Quốc (MIIT) công bố ngày 13/9 cho thấy, hai máy quang khắc mới "đạt được những đột phá công nghệ quan trọng, sở hữu quyền sở hữu trí tuệ nhưng chưa được thương mại hóa".

MIIT không nêu tên công ty đứng sau, nhưng cho biết hệ thống sử dụng công nghệ quang khắc bằng tia cực tím sâu (DUV). Một máy hoạt động ở bước sóng 193 nanomet (nm), với độ phân giải dưới 65 nm và độ chính xác chồng lớp dưới 8 nm. Máy còn lại có bước sóng 248 nm, độ phân giải 110 nm và độ chính xác chồng lớp 25 nm.

Dù kém xa các mẫu máy từ ASML, giới chuyên gia đánh giá hai cỗ máy vẫn là thành tựu trong việc chế tạo thiết bị quang khắc bán dẫn của Trung Quốc. Nước này đã dành nhiều năm theo đuổi tự chủ công nghệ bán dẫn, nhưng tiến bộ của họ trong việc sản xuất các hệ thống quang khắc cho sản xuất chip tiên tiến vẫn còn chậm.

Ngày 31/8, công ty bán dẫn Cixin Technology cũng đã giới thiệu mẫu chip có thể đạt khả năng xử lý 45 tỷ phép tính mỗi giây gọi là Cixin P1, tên mã CP8180. Đây là chip SoC dành cho máy tính và hệ thống AI được xây dựng trên kiến trúc Arm tiến trình 6 nm, gồm CPU 12 lõi tốc độ 3,2 GHz, GPU 10 lõi và một bộ xử lý thần kinh NPU có khả năng đạt 30 TOPS (tỷ phép tính mỗi giây), cho hiệu năng xử lý tổng thể lên 45 TOPS.

Theo Tom's Hardware, dù chưa đáp ứng được mục tiêu của Bắc Kinh về một bộ xử lý hoàn toàn sản xuất trong nước do sử dụng kiến trúc của Arm, Cixin P1 là bước tiến lớn, bù đắp sự thiếu hụt chip AI của thị trường Trung Quốc.

Giữa tháng 7, nhóm nhà khoa học do Liu Kaihui của Đại học Bắc Kinh, Liu Can của Đại học Nhân dân Trung Quốc và Zhang Guangyu của Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển thành công phương pháp chế tạo để sản xuất vật liệu bán dẫn mỏng 0,7 nm.

Công bố trên tạp chí Science, nhóm nghiên cứu đã ứng dụng chất có thể thay thế silicon gọi là kim loại chuyển tiếp hai chiều dichalcogenide (TMD). So với mức 5-10 nm của silicon, TMD chỉ dày 0,7 nm. Chất này cũng tiêu thụ ít điện năng hơn và có đặc tính truyền điện vượt trội, khiến chúng trở nên lý tưởng cho việc xây dựng chip chứa bóng bán dẫn có kích thước cực nhỏ.

Dù đã phát hiện từ lâu, việc sản xuất TMD đến nay vẫn gặp nhiều thách thức. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách sắp xếp các tinh thể với tốc độ hình thành lớp tinh thể là 50 lớp mỗi phút, tối đa là 15.000 lớp, qua đó cho phép sản xuẩn TMD với số lượng lớn.

Nhóm cũng cho biết thêm các vật liệu TMD sau khi sản xuất đều đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế về vật liệu mạch tích hợp. Dù vậy, thông tin về việc thương mại hóa chưa được đề cập.

Trung Quốc đang tiếp tục thúc đẩy phát triển bán dẫn nội địa. Cuối tháng 8, Bắc Kinh đã thành lập quỹ bán dẫn với số vốn đăng ký là 8,5 tỷ nhân dân tệ (1,2 tỷ USD). Trước đó, quỹ Big Fund cũng đã đi vào giai đoạn ba với số vốn đăng ký vượt 344 tỷ nhân dân tệ (gần 49 tỷ USD) tính đến hết tháng 5, gần bằng mức 53 tỷ USD mà Mỹ đang triển khai thông qua Đạo luật CHIPS và Khoa học. Các nhà phân tích dự đoán các quỹ sẽ giúp đẩy nhanh tiến độ tăng cường tự chủ công nghệ của Trung Quốc, giúp nước này sớm hái nhiều "quả ngọt" thời gian tới.