Tiến trình 18A của Intel là gì
Tiến trình 18A của Intel với định danh tương đương 1.8nm là cộc mốc công nghệ về bước tiến gia tăng trong lộ trình thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn của Intel.
Tiến trình này là đỉnh cao của kế hoạch tham vọng “Five Process Nodes in Four Years” (5N4Y – Năm nút quy trình trong bốn năm) được Intel công bố, thể hiện cam kết mạnh mẽ và quyết tâm cao độ trong tăng tốc đổi mới và năng lực sản xuất sau một giai đoạn được cho là có phần chững lại.
Tiến trình 18A của Intel không chỉ phục vụ cho nhu cầu sản xuất các bộ vi xử lý nội bộ thế hệ mới của Intel mà còn đóng vai trò then chốt để thu hút khách hàng gia công chip (foundry customers) quan trọng, qua đó thúc đẩy sự phát triển của mảng dịch vụ Intel Foundry Services (IFS).
Với những đặc tính kỹ thuật vượt trội và tiềm năng ứng dụng rộng rãi, 18A được kỳ vọng sẽ là nền tảng vững chắc để Intel cạnh tranh sòng phẳng và hiệu quả hơn trên thị trường bán dẫn.
Công nghệ nền tảng
RibbonFET: Công nghệ bán dẫn thế hệ mới (GAA)
Cổng bao quanh hoàn toàn các dải nano
Về bản chất, RibbonFET là một thiết kế bóng bán dẫn trong đó điện cực cổng bao bọc hoàn toàn các kênh dẫn điện.
Chúng có hình dạng những dải nano mỏng hoặc tấm nano được xếp chồng theo chiều dọc thường là bốn tấm cho mỗi bóng bán dẫn.
Điều này khác biệt căn bản so với FinFET, nơi cổng chỉ tiếp xúc với kênh ở ba mặt, thường giống như các cánh gắn ra từ đế silicon.
Cổng bao quanh hoàn toàn trong RibbonFET mang lại khả năng kiểm soát tĩnh điện tốt hơn đáng kể đối với kênh dẫn.
Khi bao bọc toàn bộ các dải, cổng điều khiển dòng điện tử chính xác hơn, giảm thiểu dòng rò rỉ không mong muốn và giúp việc chuyển mạch chặt chẽ hơn.
Ngoài ra, xếp chồng những tấm nano này theo chiều dọc giúp nhiều kênh dẫn cùng sử dụng một không gian trên bề mặt chip.
Do đó nâng cao mật độ bóng bán dẫn mà không tăng kích thước chip.
Ví dụ: Tương tự như cách một ống nước được bọc hoàn toàn bởi van điều khiển sẽ kiểm soát dòng chảy tốt hơn so với van chỉ bao quanh một phần ống, RibbonFET mang lại khả năng điều khiển dòng điện tử vượt trội.
Đổi mới cấu trúc là yếu tố then chốt giúp thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn xuống tới chiều dài cổng 2nm.
Vì thế hỗ trợ mục tiêu của Intel là nâng cao hiệu suất đồng thời giảm mức tiêu thụ điện năng trong tiến trình 18A của họ.
Kiểm soát dòng điện ưu việt hơn so với FinFET
Một trong những thách thức lớn nhất khi bóng bán dẫn ngày càng thu nhỏ là kiểm soát dòng rò rỉ dòng điện nhỏ nhưng liên tục xuất hiện ngay cả khi bóng bán dẫn đáng lẽ phải ở trạng thái tắt.
Rò rỉ dẫn đến lãng phí năng lượng và sinh nhiệt, hạn chế hiệu suất năng lượng và làm phức tạp quá trình quản lý nhiệt.
Cấu trúc cổng-bao-quanh-toàn-bộ của RibbonFET hoạt động như một “khóa” chặt trên kênh dẫn.
Vì vậy giảm đáng kể dòng rò rỉ so với FinFET, nơi cổng không bao bọc hoàn toàn kênh dẫn.
Kiểm soát chặt chẽ hơn giúp bóng bán dẫn hoạt động hiệu quả ở mức điện áp thấp hơn nhiều.
Trên thực tế, điện áp ngưỡng thấp tới khoảng 0,3 volt đã được chứng minh trong các thử nghiệm ban đầu.
Ví dụ: Giống như cách một cửa kín khí sẽ ngăn không cho không khí rò rỉ tốt hơn so với cửa hở một phần, RibbonFET giảm dòng rò rỉ tới mức có thể kéo dài thời lượng pin của thiết bị di động lên tới 30% so với thế hệ trước.
Điện áp hoạt động thấp hơn chuyển hóa trực tiếp thành hiệu suất trên mỗi watt được cải thiện vượt bậc.
Đây là một chỉ số quan trọng cho mọi thứ từ thiết bị di động cần thời lượng pin dài hơn đến trung tâm dữ liệu nhằm giảm chi phí năng lượng và yêu cầu làm mát.
Do đó, RibbonFET giải quyết một trong những hạn chế cơ bản mà các thiết kế bóng bán dẫn trước đây gặp phải khi kích thước ngày càng nhỏ.
Tốc độ chuyển mạch nhanh hơn
Vì cổng RibbonFET bao quanh toàn bộ kênh dẫn, chúng có thể điều biến dòng điện tử với độ chính xác và cường độ lớn hơn.
Điều này giúp bóng bán dẫn chuyển đổi giữa trạng thái bật và tắt nhanh hơn so với FinFET.
Thiết kế hỗ trợ dòng điện kích hoạt cao hơn dòng điện chảy khi bóng bán dẫn ở trạng thái “bật”.
Vì thế liên quan trực tiếp đến các thao tác logic nhanh hơn trong chip.
Lợi thế về tốc độ có nghĩa là chip được xây dựng trên quy trình 18A của Intel sẽ có khả năng xử lý nhiều thao tác hơn mỗi giây.
Do đó cải thiện hiệu suất cả về đơn luồng và đa luồng trong các khối lượng công việc tính toán.
Ví dụ: Trong một ứng dụng trí tuệ nhân tạo như nhận dạng hình ảnh, RibbonFET có thể giúp tăng tốc độ xử lý lên tới 40% so với FinFET, giúp camera smartphone nhận diện đối tượng nhanh hơn và chính xác hơn trong điều kiện ánh sáng yếu.
Tốc độ chuyển mạch được cải thiện là một hiệu ứng kép của việc kiểm soát tĩnh điện tốt hơn và hình học kênh dẫn được tối ưu hóa.
Cùng nhau, chúng giảm điện dung và độ trễ trong chu kỳ chuyển mạch của bóng bán dẫn.
Vì vậy góp phần vào tần số xung nhịp cao hơn và hiệu suất tổng thể của chip lớn hơn.
Thiết kế linh hoạt cho nhiều ứng dụng
Một đặc điểm nổi bật khác của công nghệ RibbonFET là khả năng linh hoạt đáng kinh ngạc trong thiết kế, đặc biệt thông qua điều chỉnh chiều rộng của chính các dải nano.
Khả năng điều chỉnh giúp các kiến trúc sư chip tối ưu hóa bóng bán dẫn cho các trường hợp sử dụng khác nhau bằng cách cân bằng giữa mức tiêu thụ điện năng và nhu cầu hiệu suất.
Ví dụ: dải hẹp hơn có thể được sử dụng trong các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp nơi việc tiết kiệm năng lượng là tối quan trọng như trong cảm biến IoT hoặc thiết bị siêu di động.
Ngược lại, dải rộng hơn có thể được lựa chọn cho bộ xử lý hiệu năng cao đòi hỏi tốc độ và thông lượng tối đa.
Ví dụ: Một thiết bị đeo như smartwatch có thể sử dụng RibbonFET với dải hẹp 5nm cho mạch theo dõi nhịp tim tiêu thụ điện năng cực thấp, trong khi cùng lúc sử dụng dải rộng 15nm cho bộ xử lý đồ họa phục vụ hiển thị giao diện người dùng đẹp mắt.
Ngoài kích thước vật lý, RibbonFET hỗ trợ nhiều biến thể điện áp ngưỡng.
Điều này giúp tinh chỉnh thêm ở cấp độ mạch để tối ưu hóa sự đánh đổi giữa hiệu suất và năng lượng tùy thuộc vào yêu cầu khối lượng công việc.
Khả năng thích ứng này làm cho RibbonFET trở thành một nền tảng công nghệ linh hoạt phù hợp với phổ rộng các loại chip từ bộ xử lý di động tiết kiệm năng lượng đến CPU trung tâm dữ liệu cao cấp.
Do đó cung cấp cho các nhà thiết kế khả năng kiểm soát chưa từng có đối với hành vi của bóng bán dẫn trong một quy trình sản xuất duy nhất.
PowerVia: Công nghệ cấp nguồn mặt sau (BSPDN)
Tách biệt cung cấp điện năng về mặt sau
Theo truyền thống, các chip bán dẫn đặt cả dây dẫn tín hiệu và dây dẫn điện ở mặt trước, phía có các lớp bóng bán dẫn.
Khi mật độ bóng bán dẫn tăng lên, không gian chung này trở nên chật chội.
Vì thế gây ra tình trạng tắc nghẽn dây dẫn dẫn đến nhiễu tín hiệu, sụt áp và cuối cùng giới hạn khả năng tối ưu hóa hiệu suất.
Đổi mới của PowerVia nằm ở khả năng tách biệt hoàn toàn dây dẫn cung cấp điện khỏi dây dẫn tín hiệu bằng cách di chuyển toàn bộ mạch điện về mặt sau của tấm wafer.
Điện được cung cấp trực tiếp đến từng bóng bán dẫn thông qua các lỗ xuyên siêu nhỏ gọi là nano Through-Silicon Vias (nano-TSVs), đi thẳng đứng qua đế silicon.
Những nano-TSVs này được tích hợp vào mỗi ô chuẩn của thiết kế logic.
Do đó hỗ trợ định tuyến điện năng hiệu quả và chính xác mà không làm quá tải mặt trước.
Ví dụ: Tương tự như cách một tòa nhà chọc trời hiện đại tách biệt đường ống cấp nước và điện vào các hốc kỹ thuật riêng biệt thay vì đi chung với hành lang, PowerVia giải phóng không gian quý giá trên mặt trước để tối ưu hóa hiệu suất.
Sự thay đổi kiến trúc đã giải phóng diện tích quý giá ở mặt trước cho định tuyến tín hiệu và giảm nhiễu giữa mạng điện và mạng tín hiệu.
Từ đó tạo nền tảng cho hiệu suất và độ tin cậy chip được cải thiện.
Tối ưu hóa định tuyến và giảm nghẽn tín hiệu
Chuyển dây dẫn điện về mặt sau, PowerVia giải phóng không gian đáng kể ở mặt trước nơi các bóng bán dẫn đặt.
Khu vực được giải phóng này giúp dây dẫn tín hiệu được sắp xếp hiệu quả hơn, dày hơn, thẳng hơn và ít uốn cong hơn.
Những cải tiến như vậy giảm nhiễu xuyên (nhiễu điện từ không mong muốn giữa các đường tín hiệu) và nâng cao toàn diện tính toàn vẹn của tín hiệu.
Trên thực tế, định tuyến tín hiệu tốt hơn đồng nghĩa với giao tiếp rõ ràng hơn giữa các bóng bán dẫn.
Từ đó ít lỗi hơn và hoạt động ổn định hơn ở tốc độ cao.
Điều này rất quan trọng khi các chip hiện đại ngày càng phức tạp, với hàng tỷ bóng bán dẫn yêu cầu thời gian chính xác và phối hợp.
Ví dụ: Trong các smartphone thế hệ mới sử dụng PowerVia, người dùng có thể cảm nhận được sự khác biệt qua khả năng xử lý đa nhiệm mượt mà hơn như chơi game đồ họa cao đồng thời ghi video 8K mà không bị giảm hiệu suất do nhiễu tín hiệu.
Khả năng tách biệt định tuyến điện và tín hiệu giải quyết một trong những ràng buộc vật lý khó khăn nhất trong thiết kế chip.
Vì vậy hỗ trợ các bộ xử lý 18A của Intel mở rộng hiệu suất hơn nữa mà không bị hạn chế bởi các giới hạn dây dẫn.
Giảm sụt áp IR và nâng cao hệu suất điện
Sụt áp IR là một vấn đề nghiêm trọng trong các chip hiệu suất cao vì điện trở gây ra tổn thất điện khi dòng điện di chuyển từ nguồn đến các bóng bán dẫn.
Sụt áp IR quá mức dẫn đến nguồn điện áp không ổn định ở cấp độ bóng bán dẫn.
Đây là nguyên nhân giới hạn tốc độ hoạt động tối đa hoặc buộc phải hoạt động ở điện áp cao hơn (tiêu tốn năng lượng).
PowerVia rút ngắn khoảng cách mà điện phải di chuyển để đến mỗi bóng bán dẫn bằng cách cung cấp kết nối trực tiếp từ mặt sau qua nano-TSVs.
Vì thế giảm đáng kể điện trở trong đường dẫn cung cấp điện so với việc định tuyến qua nhiều lớp kim loại ở mặt trước.
Ví dụ: Tương tự như việc xây dựng đường cao tốc thẳng thay vì đường quanh co qua nhiều ngã rẽ, PowerVia giúp điện năng đi thẳng đến bóng bán dẫn, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả.
Intel cho biết PowerVia có thể giảm sụt áp IR đến 30% trong một số trường hợp thử nghiệm.
Sụt áp IR thấp hơn đảm bảo nguồn điện áp ổn định hơn tại các bóng bán dẫn.
Do đó giảm năng lượng lãng phí chuyển thành nhiệt và cải thiện hiệu suất năng lượng tổng thể.
Đây là một yếu tố quan trọng cho mọi thứ từ thiết bị di động đến bộ xử lý trung tâm dữ liệu.
Tăng mật độ bóng bán dẫn và sử dụng ô chuẩn
Tiết kiệm không gian ở mặt trước không chỉ cải thiện định tuyến tín hiệu mà chúng còn giúp đóng gói bóng bán dẫn mật độ cao hơn hoặc sử dụng hiệu quả hơn các ô logic chuẩn.
Intel khẳng định PowerVia có thể cải thiện việc sử dụng ô chuẩn từ 5% đến 10%.
Như vậy các nhà thiết kế có thể đặt nhiều chức năng hơn trong cùng một diện tích chip hoặc giảm kích thước chip trong khi vẫn duy trì khả năng.
Ví dụ: Trong các thiết bị mỏng như laptop ultrabook, PowerVia giúp tích hợp nhiều tính năng xử lý hơn trong cùng không gian nên thiết kế máy tính mỏng và nhẹ hơn mà vẫn tăng hiệu suất lên tới 15% so với thế hệ trước.
Gia tăng mật độ bóng bán dẫn hỗ trợ tham vọng của Intel trong tích hợp khả năng tính toán mạnh mẽ hơn nữa mà không làm tăng kích thước chip hoặc chi phí sản xuất.
Giảm bớt tắc nghẽn dây dẫn và giải phóng không gian bố trí, PowerVia hoạt động song song với kiến trúc bóng bán dẫn RibbonFET vốn xếp chồng các tấm nano theo chiều dọc để tăng mật độ.
Từ đó tối đa hóa số lượng bóng bán dẫn và hiệu suất trên các chip 18A.
Quang khắc EUV và High-NA EUV
Hiện thực hóa tạo mẫu siêu tinh xảo
Quang khắc EUV sử dụng ánh sáng có bước sóng cực ngắn khoảng 13,5 nanomét để tạo mẫu trên các tấm wafer bán dẫn.
Do đó giảm đáng kể so với quang khắc tử ngoại sâu (DUV), vốn hoạt động ở bước sóng dài hơn nhưng thể đạt được cùng mức độ chi tiết.
Đối với tiến trình 18A của Intel, EUV vẫn là công nghệ quang khắc chính, có khả năng bắt đầu với các công cụ EUV khẩu độ số thấp (low-NA) cho giai đoạn sản xuất khối lượng lớn ban đầu.
Bước sóng ngắn hơn của ánh sáng EUV giúp Intel in các đặc điểm mạch nhỏ hơn, phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn.
Khả năng này không thể thiếu khi kích thước bóng bán dẫn thu nhỏ xuống quy mô 2 nanomét và nhỏ hơn.
Vì vậy đòi hỏi tạo mẫu cực kỳ chính xác để duy trì hiệu suất và năng suất thiết bị.
Ví dụ: Để hiểu rõ hơn, hãy tưởng tượng EUV như một cây bút siêu mảnh có thể vẽ các chi tiết tinh xảo trên một hạt gạo, trong khi DUV chỉ có thể vẽ được các đường thô hơn.
Với EUV, Intel có thể “viết” khoảng 2 tỷ bóng bán dẫn trên một chip có kích thước chỉ bằng móng tay.
EUV đã được Intel sử dụng trong các nút trước đó, như Intel 4 và 4.4, nhưng 18A đẩy ứng dụng của nó xa hơn.
Khi kết hợp các tinh chỉnh cải thiện độ chính xác mẫu và ổn định quy trình để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của nút tiên tiến này.
High-NA EUV và vai trò trong Intel 18A
EUV Khẩu độ cao (High-NA EUV) là một bước tiến hóa của quang khắc EUV truyền thống sử dụng hệ thống quang học có khẩu độ số (NA) cao hơn.
NA về cơ bản đo lường khả năng thu thập ánh sáng và phân giải các chi tiết tinh xảo của ống kính.
NA càng cao, độ phân giải càng tốt.
Mặc dù High-NA EUV mang lại tiềm năng đáng kể để in các đặc điểm nhỏ hơn với biên độ quy trình tốt hơn nhưng nó không phải là công nghệ bắt buộc cho các lần sản xuất hàng loạt ban đầu của Intel trên 18A.
Thay vào đó, Intel đang sử dụng nút này như một nền tảng để phát triển và thử nghiệm với High-NA EUV.
Ví dụ: Tương tự như cách các hãng máy ảnh phát triển ống kính khẩu độ lớn hơn để chụp ảnh trong điều kiện ánh sáng yếu với độ chi tiết cao hơn, Intel đang đầu tư vào High-NA EUV để “chụp” các mẫu siêu nhỏ với độ chính xác chưa từng có.
Intel đã lắp đặt một số máy quét High-NA EUV đầu tiên trên thế giới (ASML Twinscan EXE:5000) tại các cơ sở của mình cho mục đích nghiên cứu và phát triển.
Áp dụng sớm giúp Intel có được kinh nghiệm vận hành và dữ liệu quý giá cần thiết để làm chủ công nghệ phức tạp này.
Sử dụng tiến trình 18A làm nền tảng, Intel có thể so sánh hiệu quả của việc thay thế một số lớp tạo mẫu quan trọng từ EUV khẩu độ thấp sang High-NA EUV.
Từ đó thu thập những thông tin và dữ liệu cần thiết để tinh chỉnh các triển khai trong tương lai.
Tiềm năng của High-NA EUV trong tương lai
Mặc dù không thiết yếu cho sản xuất 18A, High-NA EUV được lên kế hoạch là công nghệ chính cho các nút sắp tới, đáng chú ý là quy trình 14A của Intel dự kiến vào khoảng năm 2027.
Mặc dù Intel đã tuyên bố 14A có thể được sản xuất chỉ với EUV khẩu độ thấp nhưng tích hợp High-NA EUV là một phần trong chiến lược để đạt được mật độ bóng bán dẫn tốt hơn và cải thiện hiệu suất.
Ví dụ: Giống như cách một máy in 3D độ phân giải cao có thể tạo ra một mô hình hoàn chỉnh trong một lần in thay vì phải in nhiều phần riêng biệt rồi ghép lại, High-NA EUV có thể tạo ra các mẫu phức tạp trong một lần phơi sáng, giảm khả năng lỗi và tăng hiệu quả.
Kết quả thử nghiệm ban đầu từ Intel cho thấy những lợi ích đầy hứa hẹn từ việc sử dụng High-NA EUV trên các lớp kim loại và tiếp xúc.
Ví dụ: một lần phơi sáng duy nhất sử dụng công cụ High-NA có thể thay thế nhiều lần phơi sáng được yêu cầu bởi công cụ khẩu độ thấp, có khả năng đơn giản hóa quy trình và giảm thiểu lỗi.
Những cải tiến như vậy có thể chuyển thành năng suất cao hơn, độ phức tạp sản xuất thấp hơn.
Vì vậy thời gian đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn cho các chip tương lai.
Đầu tư chiến lược dài hạn vào High-NA EUV
Cách tiếp cận của Intel đối với High-NA EUV phản ánh tầm nhìn dài hạn hơn là nhu cầu sản xuất ngay lập tức.
Khoản đầu tư chủ động của công ty vào trang thiết bị và R&D nhấn mạnh cam kết tiên phong công nghệ này trước các đối thủ cạnh tranh.
Ví dụ: Đầu tư của Intel vào High-NA EUV có thể so sánh với chiến lược của NASA khi phát triển tên lửa thế hệ mới cho các sứ mệnh tương lai trong khi vẫn sử dụng công nghệ hiện tại cho các nhiệm vụ ngắn hạn.
Đó là cách đảm bảo vị thế dẫn đầu trong cuộc đua công nghệ dài hạn.
Làm chủ High-NA EUV sẽ mang lại cho Intel lợi thế công nghệ đáng kể trong quang khắc.
Đây là một nút thắt cổ chai quan trọng trong việc tiếp tục thu nhỏ theo định luật Moore và đổi mới chip.
Khi phát triển chuyên môn trong chu kỳ 18A, Intel nhắm đến việc sẵn sàng triển khai High-NA EUV rộng rãi trong thế hệ quy trình tiếp theo.
Do đó đảm bảo vị trí dẫn đầu trong việc thu nhỏ bóng bán dẫn, mật độ chip và hiệu quả sản xuất.
Mục tiêu kỹ thuật và cải tiến chính
Cải thiện hiệu suất trên mỗi Watt (Perf/Watt)
Hiệu suất trên mỗi watt là một chỉ số quan trọng trong thiết kế bán dẫn, đặc biệt trong thời đại mà hiệu quả năng lượng cũng quan trọng như tốc độ thuần túy.
Chỉ số này đo lường khả năng tính toán mà một chip mang lại cho mỗi watt điện năng tiêu thụ.
Cải thiện Perf/Watt có nghĩa là các thiết bị có thể thực hiện nhiều công việc hơn trong khi tiêu thụ ít năng lượng hơn.
Điều này rất quan trọng để kéo dài thời lượng pin trong các thiết bị di động và giảm chi phí điện năng trong các trung tâm dữ liệu lớn.
Cải thiện đáng kể so với Intel 3
Khi so sánh với quy trình 3nm của Intel (Intel 3), quy trình 18A mang lại mức cải thiện lên đến 15% về hiệu suất trên mỗi watt.
Đây là một bước tiến đáng chú ý, cho thấy các công nghệ mới của Intel được tích hợp trong tiến trình 18A hiệu quả để nâng cao hiệu suất năng lượng đồng thời duy trì hoặc thậm chí tăng cường hiệu năng tính toán.
Tiến bộ như vậy là cần thiết cho các ngành công nghiệp như điện thoại thông minh và máy tính xách tay, nơi thời lượng pin dài hơn ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm người dùng.
Đối với các nhà cung cấp đám mây thì chi phí vận hành gắn chặt với mức tiêu thụ điện năng.
Ví dụ: Với mức cải thiện 15% này, một chiếc laptop sử dụng chip Intel 18A có thể kéo dài thời lượng pin từ 10 giờ lên khoảng 11.5 giờ so với cùng mẫu máy dùng chip Intel 3, đồng thời chạy các ứng dụng nhanh hơn.
So sánh 18A với lộ trình ban đầu của Intel 20A
Intel ban đầu lên kế hoạch quy trình 20A như một bước đệm trước 18A, nhắm đến mức tăng khoảng 15% về Perf/Watt so với Intel 3.
Tuy nhiên, các báo cáo sớm cho thấy quy trình 18A vượt quá những kỳ vọng này bằng cách mang lại thêm 10% cải thiện ngoài những gì ban đầu được dự đoán cho 20A.
Các nguồn khác thậm chí còn khẳng định rằng 18A có thể mang lại hiệu quả năng lượng tốt hơn đến 15% so với 20A.
Mặc dù có một số biến động trong các con số này nhưng có lẽ do các phương pháp đo lường khác nhau hoặc các tình huống sử dụng cụ thể.
Tuy nhiên nhìn chung 18A đã đánh dấu một bước tiến rõ rệt vượt xa lộ trình trước đó.
Điều quan trọng cần lưu ý là Intel 20A chưa bao giờ đạt đến sản xuất hàng loạt, nhưng các mục tiêu ban đầu của nó cung cấp một chuẩn mực hữu ích để đánh giá quy mô tiến bộ mà Intel đã đạt được với 18A.
Biến thể 18A-P: Đẩy hiệu quả xa hơn nữa
Intel cũng giới thiệu một biến thể gọi là 18A-P, nhắm đến các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất năng lượng cao hơn nữa.
Phiên bản “P” được tối ưu hóa để mang lại thêm 8% tăng cường hiệu suất trên mỗi watt so với quy trình 18A tiêu chuẩn.
Điều này nhấn mạnh chiến lược của Intel không chỉ giới thiệu một tiến trình đa năng mà còn điều chỉnh nó để đáp ứng nhu cầu thị trường cụ thể điện toán hiệu năng cao hoặc khối lượng công việc chuyên biệt.
Ví dụ: Các trung tâm dữ liệu sử dụng chip 18A-P có thể tiết kiệm hàng triệu đô la chi phí điện năng mỗi năm so với thế hệ trước, đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải carbon.
Đây là một ví dụ về cách cải tiến công nghệ chip mang lại cả lợi ích kinh tế và môi trường.
Tại sao Perf/Watt lại quan trọng
Tập trung vào cải thiện Perf/Watt phản ánh xu hướng rộng lớn hơn của ngành công nghiệp.
Khi chip trở nên mạnh mẽ hơn, nhu cầu năng lượng của chúng có thể tăng vọt, tạo ra nhiệt và gây áp lực lên hệ thống làm mát.
Chip hiệu quả đồng nghĩa với ít nhiệt hơn, thời lượng pin dài hơn, chi phí vận hành giảm và bảo vệ môi trường tốt hơn.
Tất cả đều là các yếu tố quan trọng khi điện toán trở nên phổ biến và đòi hỏi hơn.
Cải thiện mật độ bóng bán dẫn và mật độ Chip
Mật độ bóng bán dẫn đề cập đến số lượng bóng bán dẫn có thể được đóng gói vào một khu vực nhất định trên chip.
Mật độ bóng bán dẫn cao hơn giúp xây dựng các chức năng phức tạp hơn hoặc kích thước chip nhỏ hơn cho cùng một chức năng.
Điều này dẫn đến chi phí sản xuất thấp hơn và hiệu suất tốt hơn.
Cải thiện mật độ so với Intel 3
Quy trình 18A mang lại mức tăng lên đến 30% về mật độ chip so với Intel 3.
Cải thiện này là đáng kể vì nó hỗ trợ các nhà thiết kế chip dùng nhiều bóng bán dẫn hơn vào cùng kích thước die hoặc giảm kích thước die trong khi vẫn giữ nguyên số lượng bóng bán dẫn.
Nhiều bóng bán dẫn hơn có nghĩa là chip có thể thực hiện nhiều tác vụ đồng thời hơn hoặc xử lý các phép tính phức tạp hơn.
Đây là điều cần thiết và là xu hướng bắt buộc khi các ứng dụng ngày càng tinh vi.
Ví dụ: Với mật độ tăng 30%, một con chip AI trong smartphone có thể xử lý nhận dạng hình ảnh phức tạp như phân tích da liễu ngay trên thiết bị thay vì phải gửi dữ liệu lên đám mây, cải thiện cả quyền riêng tư và tốc độ phản hồi.
So sánh với Intel 20A
Khi so sánh với quy trình 20A theo kế hoạch trước đó của Intel, tiến trình 18A một lần nữa cho thấy tiến bộ rõ ràng.
Một nguồn tin đề cập rằng 18A có mật độ chip cao hơn khoảng 20% so với những gì ban đầu được kỳ vọng cho 20A.
Khi Intel 20A được xem là một bước tiến quan trọng trước khi bị thay thế bởi 18A.
Do đó có thể thấy Intel không chỉ bắt kịp mà còn vượt qua lộ trình của chính mình về hiệu quả đóng gói bóng bán dẫn.
Vai trò của công nghệ PowerVia
Một trong những đổi mới quan trọng giúp cải thiện mật độ bóng bán dẫn và mật độ chip trong quy trình 18A là công nghệ PowerVia của Intel.
PowerVia tái cấu trúc việc cung cấp điện bằng cách chuyển định tuyến điện từ mặt trước của die silicon sang mặt sau.
Sự thay đổi này giải phóng diện tích quý giá ở mặt trước, giúp các ô chuẩn và bóng bán dẫn được sắp xếp hiệu quả hơn.
Ví dụ: Tương tự như cách một tòa nhà chọc trời hiện đại di chuyển hệ thống ống dẫn và dây cáp vào các khu vực riêng để tối đa hóa không gian cho người ở, PowerVia di chuyển đường dẫn điện ra sau chip để giải phóng không gian cho các phần tử logic quan trọng ở mặt trước.
Di chuyển mạng cung cấp điện ra khỏi mặt phẳng bóng bán dẫn, PowerVia cải thiện việc sử dụng ô chuẩn ước tính từ 5% đến 10%.
Điều này có nghĩa là các nhà thiết kế có nhiều không gian hơn cho các cổng logic và đơn vị chức năng trong cùng một khu vực chip.
Vì vậy đóng góp trực tiếp vào việc tăng mật độ bóng bán dẫn và hiệu quả tổng thể của chip.
Tại sao mật độ lại quan trọng
Mật độ bóng bán dẫn cao hơn không chỉ dẫn đến hiệu suất được cải thiện mà còn tiết kiệm chi phí.
Chip nhỏ hơn với chức năng cao hơn giảm việc sử dụng vật liệu và cải thiện năng suất sản xuất.
Ngoài ra, chip mật độ cao hơn có thể dẫn đến độ trễ thấp hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn vì tín hiệu đi qua khoảng cách ngắn hơn bên trong.
Mật độ SRAM: Mở rộng dung lượng bộ nhớ Cache trên Chip
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh (SRAM) là một thành phần nền tảng trong các chip bán dẫn hiện đại.
Nó thường được sử dụng để xây dựng bộ nhớ cache, hoạt động như kho lưu trữ siêu nhanh nằm trực tiếp trên chip.
Bộ nhớ cache này giúp tăng tốc truy cập dữ liệu bằng cách lưu trữ thông tin thường xuyên sử dụng gần với các lõi xử lý.
Tại sao mật độ SRAM quan trọng
Mật độ SRAM cao hơn có nghĩa là có thể đặt nhiều bộ nhớ cache hơn vào cùng một khu vực chip.
Nhiều cache hơn dẫn đến thời gian truy cập nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Đối với các bộ xử lý xử lý khối lượng công việc phức tạp hoặc đa nhiệm, có bộ nhớ cache lớn, nhanh là điều cần thiết để duy trì hoạt động trơn tru và hiệu quả cao.
Ví dụ: Hãy tưởng tượng bộ nhớ cache như một tủ hồ sơ cá nhân đặt ngay trên bàn làm việc, trong khi RAM giống như phòng lưu trữ ở tầng dưới.
Với mật độ SRAM cao hơn, Intel có thể đặt nhiều “tủ hồ sơ” hơn ngay cạnh “người làm việc” (CPU), giảm thời gian “đi xuống dưới” để lấy thông tin thường xuyên sử dụng.
Mục tiêu của Intel cho mật độ SRAM
Mục tiêu của Intel đối với tiến trình 18A là đạt được mật độ SRAM ngang bằng với nút quy trình N2 của TSMC, một chuẩn mực đáng chú ý trong ngành.
Mặc dù Intel chưa cung cấp so sánh trực tiếp với các đối thủ cạnh tranh khác ngoài điều này nhưng khi nhắm đến sự ngang bằng với nút tiên tiến của TSMC nhấn mạnh mức độ nghiêm túc mà Intel đang tiếp cận thách thức này.
Đạt được mật độ SRAM cạnh tranh có nghĩa là Intel có thể cung cấp các chip không chỉ hưởng lợi từ cải tiến trong quy mô bóng bán dẫn logic và hiệu quả năng lượng mà còn mang lại những cải thiện đáng kể về hiệu suất bộ nhớ.
Vì kích thước và tốc độ cache thường có thể trở thành nút thắt cổ chai trong hệ thống điện toán nên khả năng tập trung này rất quan trọng.
Ý nghĩa đối với hiệu suất Chip
Với SRAM mật độ cao hơn, chip được xây dựng trên 18A có thể tích hợp bộ nhớ cache lớn hơn mà không cần tăng kích thước die.
Do đó giúp cải thiện không chỉ tốc độ xử lý thuần túy mà còn cả hiệu quả năng lượng.
Bộ nhớ cache lớn hơn giảm nhu cầu lấy dữ liệu từ bộ nhớ ngoài chậm hơn, tiết kiệm điện năng và thời gian.
Điều này đặc biệt có lợi cho các ứng dụng như AI, phân tích dữ liệu, game và giao dịch tần số cao nơi từng mili giây đều quan trọng.
Ví dụ: Trong một máy chủ game trực tuyến, chip 18A với mật độ SRAM cao hơn có thể lưu trữ dữ liệu của nhiều người chơi hơn trong cache, giảm thời gian phản hồi từ 15ms xuống còn 5ms .
Đây là một cải tiến mà các game thủ chuyên nghiệp có thể cảm nhận được rõ ràng.
Các cải tiến hiệu suất khác
Ngoài các chỉ số tiêu đề về hiệu suất trên mỗi watt và mật độ bóng bán dẫn, tiến trình 18A của Intel giới thiệu một số cải tiến quan trọng khác nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của chip theo nhiều cách quan trọng.
Cải thiện tốc độ và tiêu thụ điện năng
Các báo cáo ban đầu cho thấy các bộ xử lý được xây dựng trên tiến trình 18A có thể đạt tốc độ xử lý nhanh hơn đến 25% so với Intel 3 đồng thời cắt giảm mức tiêu thụ điện năng lên đến 36%.
Mặc dù những con số này được đo ở điều kiện lý tưởng hoặc các kịch bản tối ưu hóa cụ thể, chúng cho thấy tác động tiềm tàng của công nghệ 18A trong khả năng cung cấp chip nhanh hơn tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể.
Ví dụ: Để hiểu rõ hơn về tác động thực tế, một laptop sử dụng chip 18A có thể chạy các ứng dụng chỉnh sửa video chuyên nghiệp nhanh hơn 25% so với thế hệ trước, trong khi vẫn kéo dài thời lượng pin lên tới 1/3.
Vì vậy hỗ trợ các nhà sáng tạo nội dung làm việc lâu hơn mà không cần cắm sạc.
Các con số được chấp nhận rộng rãi cho thấy khoảng 15% hiệu suất tốt hơn trên mỗi watt và xấp xỉ 30% mật độ bóng bán dẫn cao hơn so với Intel 3.
Do đó nhấn mạnh tiến bộ nhất quán trên nhiều khía cạnh hiệu suất.
Cải thiện cung cấp điện năng
Một đổi mới nổi bật trong 18A là công nghệ PowerVia của Intel, thay đổi căn bản cách thức cung cấp điện trong chip.
Định tuyến cung cấp điện qua mặt sau của die silicon thay vì mặt trước truyền thống, PowerVia giảm sụt điện áp do điện trở trong đường dẫn điện.
Cải tiến này dẫn đến mức tăng khoảng 4% về hiệu suất ISO-điện, có nghĩa là chip có thể hoạt động tốt hơn ở cùng mức điện năng.
Nó cũng giảm đáng kể sụt áp (IR drop) thường xảy ra trong thiết kế cung cấp điện mặt trước thông thường.
Sụt áp IR thấp hơn đồng nghĩa với nguồn điện áp ổn định hơn cho các bóng bán dẫn, giúp duy trì hiệu suất và độ tin cậy tối ưu.
Ví dụ: Trong trường hợp điện thoại thông minh chạy các ứng dụng đòi hỏi cao như xử lý hình ảnh AI, PowerVia giúp giảm hiện tượng “throttling” (giảm tốc độ do nhiệt) bằng cách cải thiện khả năng cung cấp điện ổn định.
Vì thế giúp điện thoại duy trì hiệu suất cao trong thời gian dài hơn mà không bị nóng quá mức.
Tụ điện Omni MIM
Intel cũng đã tích hợp tụ điện kim loại-chất cách điện-kim loại (MIM) Omni mật độ cao vào quy trình 18A.
Những tụ điện nhỏ đóng vai trò quan trọng trong quản lý sụt điện cảm ứng.
Đây là những dao động ngắn hạn trong điện áp do thay đổi nhanh chóng trong nhu cầu dòng điện.
Khi giảm những dao động này, tụ điện Omni MIM giúp ổn định cung cấp điện trong các khối lượng công việc đòi hỏi cao hoặc thay đổi nhanh chóng.
Tính năng này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng như AI tạo sinh và các tác vụ tính toán nặng khác, nơi nhu cầu điện năng có thể tăng đột biến không thể đoán trước.
Ví dụ: Giống như cách bình chứa nước áp lực trong hệ thống nước giúp duy trì áp lực ổn định ngay cả khi nhu cầu thay đổi đột ngột, tụ điện Omni MIM trong chip 18A giữ cho điện áp ổn định ngay cả khi nhu cầu xử lý thay đổi mạnh.
Do đó đảm bảo hiệu suất nhất quán khi chạy các ứng dụng phức tạp.
Nguồn cung cấp điện ổn định giúp các bóng bán dẫn nhận được điện áp sạch và ổn định.
Từ đó ngăn ngừa suy giảm hiệu suất hoặc hành vi không mong muốn.
Điều này góp phần vào độ tin cậy, hiệu quả và tuổi thọ tốt hơn của chip.
Khách hàng và đối tác của Intel 18A
Khách hàng đã xác nhận hoặc cam kết
Microsoft
Microsoft nổi bật như một khách hàng chính cho quy trình 18A của Intel.
Intel đã công khai công nhận Microsoft là đối tác quan trọng trong hệ sinh thái Dịch vụ Nhà máy Intel (IFS).
Microsoft dự định tận dụng tiến trình 18A để sản xuất các chip do họ thiết kế nội bộ.
Những chip này có khả năng được dùng cho nền tảng đám mây Azure và các khối lượng công việc liên quan đến AI của Microsoft.
Đây là những tác vụ vốn đòi hỏi bộ xử lý hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng để xử lý dữ liệu khổng lồ và các tác vụ học máy.
Ví dụ: Sự hợp tác này giống như cách một nhà sản xuất ô tô hạng sang như Ferrari hợp tác với một nhà máy luyện kim tiên tiến để phát triển hợp kim đặc biệt cho dòng xe mới.
Microsoft với nền tảng Azure cần chip có khả năng xử lý đặc biệt để cạnh tranh trong thị trường điện toán đám mây đang phát triển nhanh chóng.
Quan hệ đối tác này mang tính chiến lược cho cả hai công ty: Intel có được một khách hàng nổi tiếng đòi hỏi công nghệ tiên tiến, trong khi Microsoft đảm bảo tiếp cận khả năng sản xuất cao cấp có thể giúp phân biệt dịch vụ đám mây của mình thông qua đổi mới silicon tùy chỉnh.
Amazon Web Services (AWS)
AWS là một gã khổng lồ điện toán đám mây lớn khác đã ký thỏa thuận với Intel liên quan đến quy trình 18A.
Mặc dù trọng tâm ban đầu của sự hợp tác của họ có thể tập trung nhiều hơn vào công nghệ đóng gói tiên tiến vốn rất quan trọng để tích hợp nhiều chiplet hoặc cho phép kiến trúc mới.
Tuy nhiên AWS vẫn là khách hàng tiềm năng lớn cho sản xuất chip logic dựa trên 18A.
Ví dụ: AWS đang phát triển chip tùy chỉnh Graviton của riêng mình cho các trung tâm dữ liệu, và quy trình 18A có thể giúp họ tạo ra các bộ xử lý tiết kiệm năng lượng hơn 30% so với thế hệ trước.
Do đó dẫn đến tiết kiệm đáng kể về chi phí vận hành cho các dịch vụ đám mây.
Với quy mô toàn cầu của AWS và nỗ lực liên tục tối ưu hóa các trung tâm dữ liệu thông qua silicon tùy chỉnh, sự tham gia của họ báo hiệu niềm tin mạnh mẽ vào tham vọng nhà máy của Intel và khả năng của quy trình 18A.
Khách hàng đang quan tâm
Qualcomm
Qualcomm, một nhà lãnh đạo toàn cầu về chipset di động, đã được xác nhận là một trong những khách hàng quan tâm đến dịch vụ của Intel Foundry Services cho quy trình 18A.
Sự quan tâm của Qualcomm cho thấy họ tin tưởng giá trị trong công nghệ của Intel để bổ sung hoặc nâng cao thiết kế chip của họ.
Qualcomm có thể dùng cho điện thoại thông minh thế hệ tiếp theo, thiết bị IoT, hoặc các sản phẩm kết nối khác nơi hiệu suất và hiệu quả năng lượng là yếu tố quan trọng.
Ví dụ: Với quy trình 18A, Qualcomm có thể phát triển chipset Snapdragon tiếp theo với khả năng AI trên thiết bị mạnh hơn 40% giúp điện thoại thông minh thực hiện các tác vụ như dịch thuật theo thời gian thực mà không cần kết nối internet.
Broadcom
Broadcom, một ông lớn trong lĩnh vực chip mạng và truyền thông, đang tích cực nghiên cứu các thiết kế dựa trên nút 18A.
Công ty được liệt kê là đối tác trong chương trình nhà máy của Intel, cho thấy sự hợp tác và đánh giá đang diễn ra.
Đối với Broadcom, áp dụng 18A có thể đồng nghĩa với việc tích hợp tốt hơn các chức năng mạng phức tạp hoặc nâng cao hiệu suất cho các thành phần cơ sở hạ tầng truyền thông tốc độ cao.
Ví dụ: Sử dụng quy trình 18A, Broadcom có thể phát triển các chip mạng 5G tiên tiến có thể xử lý lưu lượng dữ liệu lớn hơn 25% với hiệu quả năng lượng cao hơn.
Điều này rất quan trọng cho các trạm phát sóng di động mật độ cao trong đô thị.
Nvidia
Nvidia, một lực lượng thống trị trong GPU và bộ tăng tốc AI, đã có nhiều tin đồn về việc chạy wafer thử nghiệm hoặc sản xuất thử trên quy trình 18A.
Sự quan tâm của họ có thể mở rộng đến GPU được thiết kế cho game hoặc khối lượng công việc AI.
Đây là hai lĩnh vực mà cải tiến hiệu suất trên mỗi watt và mật độ bóng bán dẫn do 18A cung cấp sẽ rất có lợi.
Hơn nữa, Nvidia cũng được công nhận là đối tác trong chương trình nhà máy của Intel.
Nếu mối quan hệ này sâu sắc hơn, nó có thể báo hiệu sự cạnh tranh hoặc hợp tác đáng kể trong lĩnh vực sản xuất bán dẫn giữa hai nhà lãnh đạo ngành này.
Ví dụ: Hợp tác giữa Nvidia và Intel có thể tạo ra các card đồ họa chuyên dụng cho trung tâm dữ liệu AI với mật độ bóng bán dẫn cao hơn 30%.
Do đó hỗ trợ huấn luyện các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) nhanh hơn đáng kể và tiết kiệm hàng triệu đô la chi phí điện năng hàng năm.
MediaTek
MediaTek, nổi tiếng với thiết kế chip di động và tiêu dùng, là một khách hàng tiềm năng khác được đề cập đang quan tâm đến quy trình 18A của Intel.
Việc MediaTek quan tâm đến 18A phù hợp với chiến lược của họ nhằm cung cấp giải pháp cạnh tranh trên các điện thoại thông minh, thiết bị thông minh và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác nơi sức mạnh xử lý hiệu quả là điều cần thiết.
Ví dụ: MediaTek có thể sử dụng quy trình 18A để phát triển các bộ xử lý thông minh cho thiết bị gia đình tiết kiệm năng lượng, giúp các thiết bị như tủ lạnh thông minh và loa AI chạy lâu hơn bằng pin hoặc tiêu thụ ít điện hơn.
Từ đó giảm hóa đơn tiền điện trong khi vẫn cung cấp đầy đủ các tính năng thông minh.
Faraday Technology
Faraday Technology chuyên về dịch vụ thiết kế ASIC và đã được xác định là khách hàng có kế hoạch sử dụng quy trình 18A cho dòng sản phẩm ASIC của mình.
Điều này phản ánh cách Intel nhắm đến việc thu hút nhiều khách hàng đa dạng trên các thị trường khác nhau bằng cách cung cấp công nghệ quy trình tiên tiến phù hợp cho các thiết kế chip tùy chỉnh ngoài các bộ xử lý logic chính thống.
Ví dụ: Faraday có thể sử dụng quy trình 18A để tạo ra các chip ASIC chuyên dụng cho các thiết bị y tế di động, hỗ trợ các chức năng chẩn đoán phức tạp như phân tích ECG theo thời gian thực trên thiết bị cầm tay nhỏ gọn với thời lượng pin kéo dài cả tuần.
Có thể bạn quan tâm
Liên hệ
Địa chỉ
Tầng 3 Toà nhà VNCC 243A Đê La Thành Str Q. Đống Đa-TP. Hà Nội
