Các nhà nghiên cứu tại Thượng Hải vừa công bố một bước đột phá trong ngành công nghiệp vi xử lý với việc phát triển chip bán dẫn hai chiều (2D) tích hợp lớn nhất thế giới. Có tên gọi WUJI, chip này sử dụng molypden disulfide (MoS2) thay thế cho silicon truyền thống, với 5.900 bóng bán dẫn, vượt xa kỷ lục trước đó chỉ 115 bóng bán dẫn.
Trung Quốc đã thành công trong việc phát triển chất bán dẫn 2D.
Nghiên cứu do Zhou Peng và Bao Wenzhong dẫn đầu tại Phòng thí nghiệm trọng điểm nhà nước về chip và hệ thống tích hợp của Đại học Phúc Đán và được công bố trên tạp chí Nature. Theo các nhà khoa học, số lượng bóng bán dẫn càng nhiều, khả năng xử lý dữ liệu của chip càng lớn.
Sự phát triển này diễn ra trong bối cảnh Định luật Moore - nguyên lý cho rằng số lượng bóng bán dẫn trên một vi mạch sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 2 năm - đang tiến gần đến giới hạn vật lý. Chất bán dẫn 2D với độ dày chỉ ở cấp độ nguyên tử được xem là giải pháp chính để duy trì sự tiến bộ trong công nghệ vi xử lý.
Sau hơn 1 thập kỷ nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển vật liệu 2D ở cấp độ wafer và sản xuất các linh kiện hiệu suất cao chỉ dài vài trăm nguyên tử. Tuy nhiên, việc xây dựng các mạch tích hợp hoàn chỉnh với độ chính xác ở cấp độ nguyên tử vẫn gặp nhiều thách thức.
Dựa trên kiến trúc RISC-V 32 bit, chip của Trung Quốc hoàn toàn có thể sản xuất bởi các công nghệ "cây nhà lá vườn".
Sau 5 năm nghiên cứu và phát triển, nhóm Đại học Phúc Đán đã tạo ra WUJI với kiến trúc RISC-V 32 bit. Chip này không chỉ lập kỷ lục toàn cầu về xác minh hàm logic 2D mà còn có khả năng thực hiện các phép tính cộng và trừ trên các số lên tới 4,2 tỷ, hỗ trợ lưu trữ và truy cập dữ liệu ở cấp độ gigabyte.
Zhou cho biết, quy trình công nghệ phức tạp của WUJI đã được tối ưu hóa nhờ vào trí tuệ nhân tạo (AI), cho phép kiểm soát chính xác từ quá trình phát triển vật liệu đến quá trình xử lý tích hợp. Khoảng 70% quy trình tích hợp bán dẫn 2D của WUJI có thể áp dụng trực tiếp từ các công nghệ hiện có, trong khi các quy trình cốt lõi được bảo vệ bởi hơn 20 bằng sáng chế.
Nghiên cứu cũng đạt được năng suất biến tần (tỷ lệ chip hoạt động chính xác) lên tới 99,77%. Zhou nhấn mạnh rằng việc giảm mức tiêu thụ điện năng ở cấp độ nanomet sẽ thúc đẩy các ứng dụng AI, giúp mở rộng sức mạnh tính toán mà không gặp phải hạn chế về năng lượng.
Kiến Tường
