Trong nhiều thập kỷ qua, sự phát triển của vi xử lý silicon đã tuân theo định luật Moore, với số lượng bóng bán dẫn tăng gấp đôi sau mỗi 18 đến 24 tháng. Tuy nhiên, quy mô thu nhỏ này đang dần chạm đến giới hạn vật lý không thể vượt qua.
Các vấn đề như rò rỉ dòng điện, suy giảm hiệu suất và băng thông hạn chế đang khiến việc tiếp tục thu nhỏ transistor trở nên cực kỳ khó khăn. Trước tình hình đó, giới khoa học toàn cầu đang chuyển hướng sang những vật liệu hai chiều, siêu mỏng, chỉ dày một lớp nguyên tử, với kỳ vọng mở ra kỷ nguyên mới cho ngành bán dẫn.
Trong số các vật liệu tiềm năng, molypden disulfide (MoS₂) và vonfram diselenide (WSe₂) nổi lên như những ứng cử viên sáng giá nhờ sở hữu các đặc tính điện tử độc đáo, bao gồm khả năng chuyển mạch tốt, độ linh hoạt cao và tương thích với các kiến trúc mạch tích hợp hiện đại.
Những vật liệu này, khi được ứng dụng vào chế tạo transistor và vi xử lý, có thể mang lại hiệu suất vượt trội so với silicon.
Bộ vi xử lý này, mang tên Lingyu CPU, không chỉ đại diện cho trình độ công nghệ tiên tiến của Trung Quốc mà còn mở ra triển vọng mới cho thế hệ máy tính hiệu suất cao trong tương lai.
Được phát triển bởi RiVAI Technology, Lingyu CPU là bộ vi xử lý máy chủ đầu tiên của Trung Quốc được thiết kế dựa trên kiến trúc RISC-V mã nguồn mở và sử dụng hoàn toàn công nghệ bán dẫn 2D. Vi xử lý này có thể thực hiện đầy đủ các lệnh 32 bit tiêu chuẩn trên nền tảng của 5.900 bóng bán dẫn MoS₂, một thành tựu chưa từng có trong lĩnh vực này.
Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature , một trong những tạp chí khoa học uy tín nhất thế giới, khẳng định tính đột phá của bộ vi xử lý Lingyu.
Các nhà khoa học không chỉ thiết kế thành công một thư viện mạch chuẩn gồm 25 loại ô logic trên nền vật liệu 2D, mà còn tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất và thiết kế mạch nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và khả năng tích hợp quy mô lớn trên tấm wafer.
Lingyu CPU được định hướng phục vụ điện toán hiệu suất cao (HPC) và đặc biệt phù hợp để chạy các mô hình trí tuệ nhân tạo mã nguồn mở, bao gồm các mô hình ngôn ngữ lớn như DeepSeek.
Nhờ khả năng hỗ trợ bộ lệnh vector và chiều rộng vector cực lớn, vi xử lý này hứa hẹn cung cấp hiệu suất vượt trội trong các tác vụ phức tạp như học máy, mô phỏng vật lý và xử lý dữ liệu quy mô lớn.
Mặc dù một số khía cạnh vẫn còn mang tính nguyên mẫu – chẳng hạn như việc thực hiện phép cộng hai số 32-bit theo từng bit một, mất 32 chu kỳ xung nhịp, nhưng sự phức tạp trong cấu trúc, bao gồm cả bộ giải mã lệnh RISC-V, cho thấy tiềm năng mở rộng mạnh mẽ trong tương lai. Đây là minh chứng rõ ràng cho tính khả thi của công nghệ bán dẫn 2D trong thực tế.
Việc Trung Quốc đầu tư phát triển RISC-V, một kiến trúc bộ lệnh mở, miễn phí bản quyền, có ý nghĩa chiến lược trong bối cảnh căng thẳng thương mại và công nghệ với các quốc gia phương Tây.
Khác với kiến trúc x86 hay ARM vốn do các tập đoàn nước ngoài kiểm soát, RISC-V mang lại quyền tự chủ hoàn toàn cho các nhà sản xuất chip của Trung Quốc.
Đây là một trong những lý do khiến Trung Quốc thúc đẩy mạnh mẽ việc ứng dụng và phát triển các bộ xử lý RISC-V trong nước, hạn chế sự phụ thuộc vào công nghệ phương Tây và giảm thiểu rủi ro từ các lệnh trừng phạt.
Việc phát triển thành công một bộ vi xử lý dựa trên vật liệu 2D không chỉ là một thành tựu kỹ thuật đơn thuần, mà còn là bước đệm quan trọng trong hành trình vượt qua những giới hạn của vật liệu bán dẫn truyền thống.
Các chất bán dẫn khối như silicon vốn gặp phải các vấn đề như suy giảm tính di động do tán xạ giao diện, tỷ lệ bật/tắt dòng điện thấp và rào cản chiều cao bị giảm khi thu nhỏ kích thước. Tất cả những điều này đang thúc đẩy cộng đồng khoa học toàn cầu tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả hơn, và chất bán dẫn 2D đang nổi lên như một lựa chọn đầy hứa hẹn.
Theo các nhà nghiên cứu, phương pháp kết hợp giữa thiết kế và chế tạo của họ đã vượt qua hàng loạt thách thức liên quan đến tích hợp mạch 2D ở quy mô tấm wafer, từ đó tạo ra một nguyên mẫu mang tính đột phá.
Thành công này chứng minh rằng, với sự phát triển đúng hướng, các mạch tích hợp 2D hoàn toàn có thể vượt mặt silicon về hiệu năng, độ mỏng nhẹ và khả năng mở rộng.
Việc Trung Quốc phát triển thành công bộ vi xử lý 2D tiên tiến nhất thế giới không chỉ khẳng định năng lực nghiên cứu, phát triển công nghệ bán dẫn nội địa, mà còn báo hiệu một tương lai mới trong ngành công nghiệp vi mạch toàn cầu.
Lingyu CPU không chỉ là biểu tượng của sự tự chủ công nghệ, mà còn là bước đi tiên phong mở ra kỷ nguyên mới, nơi những lớp vật liệu mỏng hơn cả sợi tóc có thể vận hành cả một thế giới số. Trong bối cảnh thế giới đang bước vào cuộc đua công nghệ chưa từng có, những phát kiến như Lingyu hứa hẹn sẽ trở thành nền tảng cho các siêu máy tính, trí tuệ nhân tạo, và vô số ứng dụng tiên tiến khác trong tương lai gần.
