EnglishChiplet là một loại chất bán dẫn hệ thống không được sản xuất dưới dạng chất bán dẫn đơn lẻ mà được chia thành nhiều mô-đun và sau đó kết hợp thành một.
Sự phát triển của ngành bán dẫn cho đến nay đều tuân theo Định luật Moore. Định luật Moore đề xuất vào năm 1965 bởi Gordon Moore, đồng sáng lập của Intel, với số lượng bóng bán dẫn có thể được gắn trên mạch tích hợp chất bán dẫn tăng gấp đôi hai năm một lần. Hiện nay, khái niệm tăng gấp đôi cứ mỗi 18 tháng sẽ giá giảm một nửa đang được phổ biến. Định luật này tương đối phù hợp và vẫn tiếp tục được áp dụng cho đến năm 2020.
Tuy nhiên, có một mối lo ngại rằng nó sẽ bị phá vỡ khi gặp phải những hạn chế về mặt kỹ thuật từ sau năm 2020. Khi quá trình nano trở nên nghiêm trọng hơn, hiện tượng đường hầm lượng tử của các nguyên tử cấu thành mạch chạy đi nơi khác và cản trở việc cải thiện hiệu suất. Vì điều này mà luật Moore không hoàn toàn bị phá vỡ, nhưng thời gian để đạt được gấp đôi ngày càng dài. Công nghệ nổi lên để vượt qua điều này và đạt được hiệu suất cao hơn chính là chiplet.
Chiplet, công nghệ kết hợp nhiều chất bán dẫn vào một thân máy
Chiplet là một loại chất bán dẫn hệ thống không được sản xuất dưới dạng chất bán dẫn đơn lẻ mà được chia thành nhiều mô-đun và sau đó kết hợp thành một. Chất bán dẫn của hệ thống nói chung được sản xuất bằng phương pháp nguyên khối kết hợp tất cả các thành phần trên một chip duy nhất và hiệu suất được cải thiện bằng cách tăng mật độ bóng bán dẫn. Tuy nhiên, tất cả các thành phần phải không có khuyết tật và khi kích thước của chất bán dẫn được tăng lên để khắc phục các hạn chế về hiệu suất thì vấn đề tăng giá và kích thước sản phẩm đã nảy sinh.
Mặt khác, chiplets sản xuất từng thành phần riêng biệt và sau đó kết hợp chúng lại. Nhờ đó, quy trình tối ưu có thể được áp dụng cho từng chip tạo nên chất bán dẫn của hệ thống, giúp giảm chi phí đơn vị và mang lại năng suất cao. Ngoài ra, không giống như các hệ thống nguyên khối, trong đó khiếm khuyết ở một số bộ phận gây ra vấn đề ở tất cả các bộ phận, chỉ cần lắp ráp các chip hoàn chỉnh và chi phí sản xuất cũng như hiệu suất sử dụng điện có thể được điều chỉnh bằng cách áp dụng các quy trình khác nhau. Tuy nhiên, vì mỗi chip không được kết nối nên cần có đường truyền, điều này có thể hạn chế hiệu suất. Vấn đề này đã khiến các con chiplet không nhận được sự chú ý cho đến ít nhất là giữa những năm 2010.
Trong khi đó, vào năm 2015, AMD đã giới thiệu một phương pháp gọi là mô-đun đa chip (MCM) để sản xuất CPU AMD Ryzen Threadripper thế hệ đầu tiên. Quy trình MCM là công nghệ đóng gói nhiều chip bán dẫn được sản xuất riêng lẻ trên một đế và có hiệu quả trong việc giảm kích thước của chip tổng thể và tăng hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, có những hạn chế về tắc nghẽn hiệu năng do hạn chế về công nghệ giao tiếp giữa các chip, nhưng kể từ năm 2017, nút thắt cổ chai đã được giảm bớt rất nhiều nhờ áp dụng công nghệ kết nối có tên Infinity Fabric. Công nghệ Chiplet, sản xuất chip bằng cách chia nhỏ rồi kết hợp, đang được công nhận về tiềm năng.
Vào năm 2021, AMD sẽ giới thiệu dòng AMD Ryzen 3000, một CPU được sản xuất bằng công nghệ chiplet, cao hơn một bước so với quy trình MCM. Ryzen thế hệ thứ 3 sử dụng cấu hình chiplet, sử dụng quy trình 7 nano cho lõi, là cốt lõi của cấu hình CPU và giao diện không yêu cầu công nghệ mới nhất, được sản xuất bằng quy trình 12 nano và sau đó kết hợp. Trong phương pháp nguyên khối, để tạo ra bộ xử lý 16 nhân thì tất cả 16 lõi phải được sản xuất đúng quy cách, nếu có lỗi thì phải loại bỏ hoặc phải cắt chip để tạo thành sản phẩm cấp thấp hơn. Mặt khác, nếu cấu trúc chiplet được đưa vào, nó có thể được tạo ra bằng cách tạo ra một chip 8 lõi và sau đó gắn hai lõi, điều này có thể giảm giá thành đơn vị và giảm tỷ lệ lỗi.
Nhờ thành công này, AMD tiếp tục dựa trên công nghệ chiplet thế hệ thứ 5 của mình, NVIDIA và Intel, những hãng vốn tuân thủ cách tiếp cận nguyên khối để duy trì hiệu suất tốt nhất, cũng đã bắt đầu áp dụng cấu hình chiplet cho một số dòng sản phẩm. Intel đã áp dụng cấu trúc chiplet cho dòng Xeon Max, CPU máy chủ được phát hành đầu năm nay và bộ xử lý Intel thế hệ thứ 14 cũng có kế hoạch giới thiệu kiến trúc ô tương tự như cấu trúc chiplet. Trong trường hợp của NVIDIA, hãng chủ yếu sử dụng chip nguyên khối để đảm bảo hiệu năng, nhưng có kế hoạch tăng khả năng kết nối giữa các chip bằng NV Link C2C, tương thích với nhiều loại chip khác nhau.
Hình thành một tập đoàn chiplet sẽ mở rộng hệ sinh thái
riển vọng của công nghệ chiplet rất tươi sáng. Vào năm 2022, Universal Chiplet Interconnect Express Consortium, bao gồm các công ty như AES, AMD, Arm, Google Cloud, Meta, Intel, Microsoft, Qualcomm, Samsung và TSMC, đã được ra mắt. Liên minh này tập trung vào việc tiêu chuẩn hóa kết nối và tạo ra một hệ sinh thái chiplet mở để các sản phẩm do các công ty bán dẫn sản xuất có thể kết nối với nhau. Hiện tại, nhiều công ty bán dẫn, bao gồm NVIDIA, Broadcom, LG Electronics, IBM, Micron và MediaTek, đang tham gia vào liên minh này.
Công nghệ Chiplet là công nghệ quan trọng không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất chất bán dẫn mà còn đảm bảo hiệu suất tối ưu. AMD đã chứng minh được khả năng tồn tại về mặt thương mại của mình và gần đây đã mở rộng tiềm năng thị trường của mình bằng cách áp dụng công nghệ này vào card đồ họa và bộ tăng tốc AI. Ngoài ra, chiplets đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện mức tiêu thụ điện năng, hiệu quả sử dụng tài nguyên và khái niệm về cấu trúc hợp tác trong hệ sinh thái bán dẫn. Chất bán dẫn nguyên khối sẽ tiếp tục đạt được hiệu suất tốt nhất trong tương lai, nhưng công nghệ chiplet sẽ trở thành xu hướng chủ đạo trong việc xây dựng chất bán dẫn hiệu quả.
Nguồn: IT Donga – Nam Si-hyeon
