14nm là gì

Khi chọn mua em CPU mới cho dàn PC yêu dấu, chắc chắn anh em thấy nhiều tranh luận về “tiến trình 7nm” và “tiến trình 14nm” phải không nào. Trong bài viết này, mình sẽ giải thích những con số này là gì và vì sao chúng lại quan trọng như vậy.

Số nm (nanomet) là gì?

Về cơ bản, bên trong CPU chứa hàng tỷ transistor siêu nhỏ hay thường được gọi là bóng dẫn. Số nm mà chúng ta thường thấy trong thông số của CPU chính là kích thước của những bóng bán dẫn này. Nếu các bóng bán dẫn này càng nhỏ thì càng ít tốn điện và có thể giúp đánh giá sức mạnh của một CPU.

Để tạo ra các bóng bán dẫn với kích thước siêu nhỏ như vậy, các hãng sản xuất dùng phương pháp khắc quang học (photolithography) lên các tấm silicon. Phương pháp này được gọi ngắn gọn là “tiến trình” mà chúng ta thường gọi “tiến trình 14nm” hay “tiến trình 7nm” đấy các bạn. Nếu các bạn muốn tìm hiểu toàn bộ “tiến trình” làm ra một CPU thì có thể xem lại bài viết này.

CPU được làm từ cát, và đây là cách mà Intel đã tạo ra bộ não cho PC

Số nm ảnh hưởng thế nào?

Bởi vì transistor càng nhỏ thì sẽ tiêu thụ càng ít điện nên chúng cũng không tạo ra quá nhiệt nhiệt lượng trong quá trình hoạt động. Đối với CPU, nhiệt độ là một trong những yếu tố giới hạn hiệu suất nên giảm nhiệt độ sẽ tăng hiệu suất CPU lên. Bên cạnh đó, CPU dùng tiến trình nhỏ hơn cho phép nó có nhiều bóng bán dẫn hơn CPU dùng tiến trình lớn cùng kích thước. Để dễ so sánh thì cách bạn có thể lấy hai dòng CPU Haswell dùng tiến trình 22nm và Broadwell dùng tiến trình 14nm của Intel vừa tăng số lượng bóng bán dẫn và giữ nguyên kích thước.

Tuy nhiên, dù Intel dùng tiến trình 14nm còn AMD sử dụng 7nm nhưng không có nghĩa là CPU của AMD sẽ nhanh gấp đôi Intel các bạn ạ. Hiệu suất của CPU không tỉ lệ với kích thước của bóng bán dẫn và số nm càng nhỏ thì càng không chính xác. Mỗi hãng sẽ cấu trúc khác nhau nên các bạn không thể lấy tiến trình của hãng này để so sánh với CPU của hãng khác được. Những tiến trình này chỉ giúp các hãng quảng cáo cho CPU chứ không thể biết chính xác hiệu suất của con chip. Ví dụ như Intel tạo ra tiến trình 10nm để cạnh tranh với tiến trình 7nm của TSMC mặc dù số nm của hai tiến trình này không bằng nhau.

Tại sao người ra lại nói rằng định luật Moore không còn chính xác nữa?

Theo định luật Moore thì sau mỗi năm, số bóng bán dẫn trong các con chip sẽ tăng gấp đôi còn chi phí sẽ giảm một nửa. Ngành công nghiệp sản xuất chip bán dẫn đã theo đúng định luật Moore trong rất nhiều năm, tuy nhiên vài năm gần đây thì có dấu hiệu không thể theo tiến độ này được nữa. Trong những năm 90 đến đầu 2000, các bóng bán dẫn được thu nhỏ kích thước xuống một nửa mỗi hai năm và những tiến bộ lớn về công nghệ sẽ xuất hiện theo định kỳ. Tuy nhiên, đến một thời điểm nào đó thì công nghệ của chúng ta sẽ bị giới hạn và không kịp thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn như theo định luật Moore nữa. Điển hình là Intel đã không thể ra mắt tiến trình CPU mới từ năm 2015 rồi.

Thậm chí các dòng chip dùng cho thiết bị di động cũ đã bắt kịp tiến trình của Intel. Chẳng hạn như con chip A12X của Apple dựa trên tiến trình 7nm của TSMC và Samsung cũng đã có tiến trình 7nm của riêng mình. Đối thủ cạnh tranh trực tiếp là AMD thì cũng ra mắt CPU dựa trên tiến trình 7 nm của TSMC, đang lăm le “vượt mặt” Intel về mặt hiệu suất và cho người tiêu dùng nhiều lựa chọn hơn. Tất nhiên Intel cũng không dễ dàng đầu hàng và “nâng cấp” các dòng CPU thế hệ thứ 10 lên tiến trình 10nm.

Các dòng chip dành cho thiết bị di động sẽ hưởng lợi

Thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn sẽ tăng hiệu năng chip, bởi lẽ nhà sản xuất có thể thêm nhiều bóng bán dẫn hơn hoặc tăng xung nhịp mà không ảnh hưởng nhiều về nhiệt độ tỏa ra hay điện năng tiêu thụ. Nó chỉ đặc biệt quan trọng với chip điện thoại và laptop về kích thước thôi. Chẳng hạn như con chip A12X dùng tiến trình 7nm của Apple có điểm benchmark còn cao hơn cả một số dòng CPU cũ của Intel dù dành cho iPhone và không có quạt tản nhiệt.

Nguồn: How to Geek

7nm, 10nm hay 14nm là những con số bạn thường nghe mỗi khi người ta nhắc đến một con chip nào đó. Nhưng ý nghĩa của nó thực sự là gì thì hầu hết người dùng lại hiểu sai.

Bạn đang xem: Nm là gì

7nm, 10nm hay 14nm là những con số bạn thường nghe mỗi khi người ta nhắc đến một con chip nào đó. Nhưng ý nghĩa của nó thực sự là gì thì hầu hết người dùng lại hiểu sai.

Khi được hỏi về con số này, mình tin chắc đa phần các bạn sẽ trả lời đây là kích thước của một bóng bán dẫn (Transistor), khi con số này được thu nhỏ thì trên một diện tích người ta nhét được nhiều bóng bán dẫn hơn. Vậy nếu hiểu theo cách này để mình thử tính cho các bạn xem nhé. Ví dụ khi chúng ta hiểu 10nm là kích thước bóng bán dẫn có hình vuông cạnh 10nm. Chúng ta lại ví dụ khoảng cách giữa chúng là 10nm nữa. Và 1nm = 10−9 m, 1mm = 10−3 m. 

Tức là trên một chiều dài 1mm chúng ta có thể sắp xếp khoảng 10−3/(20*10−9) = 50,000 (bóng bán dẫn) cạnh nhanh với khoảng cách 10nm. Như vậy cứ mỗi milimet vuông (hình vuông cạnh 1mm) sẽ chứa được khoảng 50,000*50,000 = 2,500,000,000 bóng bán dẫn. Diện tích đế chip hiện tại từ khoảng hơn 100 đến vài trăm milimet vuông, nếu cách hiểu này là đúng thì người ta có thể tạo ra những bộ xử lý hàng trăm tỷ bóng bán dẫn nhét vô một chiếc điện thoại. Thật không may, công nghệ 7nm+ hiện tại mới chỉ nhét được hơn 100 triệu bóng bán dẫn vào mỗi milimet vuông mà thôi. Như vậy rõ ràng cách hiểu này thật quá sai.

Vậy ý nghĩa thực sự là gì?

Để hiểu được khái niệm chính xác về cái gọi là “tiến trình nanomet” thì chúng ta phải hiểu được cấu tạo của bóng bán dẫn. 

Nói một chút về Transistor, đây là một thành phần vô cùng cơ bản trong các thiết bị điện tử, nếu bạn nào đã học và nhớ môn Vật lý phổ thông thì cũng đã biết được cấu tạo cơ bản của loại linh kiện này rồi. Còn nếu bạn không nhớ thì có thể hiểu đơn giản Transistor là một linh kiện bán dẫn chủ động, tức là chúng có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện (hai trạng thái được quy ước là 1 và 0 trong hệ thống nhị phân). 

Để điều khiển chúng dẫn điện hoặc không dẫn điện người ta sử dụng một cái cổng (gate), vì thế mà mấy cái Transistor hồi xưa chúng ta học có 3 cái chân nối ra ngoài, một chân sẽ là cực nguồn (source), một chân sẽ là cực máng (drain), chân còn lại là cái cổng (gate) có nhiệm vụ đóng hoặc mở tạo ra các tín hiệu điện 1 và 0. Transistor trong mấy con chip cũng vậy thôi, chỉ là chúng vô cùng nhỏ.

Trước đây người ta thiết kế chip theo dạng phẳng (còn gọi là MOSFET). Lúc này cái gọi là “tiến trình nm” là khoảng cách giữa cực nguồn (source) và cực máng (drain), hay chính là kích thước của cái cổng (gate). Cổng càng ngắn (“L” trong hình dưới) hay khoảng cách giữa hai cực càng gần nhau thì thời gian electron dịch chuyển càng nhanh, điện trở càng thấp, càng tiết kiệm điện.

Tuy nhiên khi thu hẹp cánh cổng đó xuống 22nm thì khoảng cách giữa hai cực là quá nhỏ, làm cái cổng không còn hoạt động theo ý muốn. Vậy là người ta nghĩ ra thiết kế dạng 3D hay còn gọi là FinFET, Fin ở đây có thể hiểu là cái vây (vây như vây cá vậy). Các bạn có thể xem trong video bên dưới để dễ tưởng tượng hơn về MOSFET và FinFET.

Xem thêm: Về Mức Độ Giống Nhau Của Tóc Em Đuôi Gà Và Czardas Là Gì ? Csárdás (Monti)

Và cũng từ khi người ta thiết kế chip theo dạng 3 chiều FinFET, cái định nghĩa về kích thước của cái cổng cũng không còn đúng nữa và thực tế thì nó cũng chẳng đại diện cho con số nào bên trong những con chip cả.

Hiện tại thì cái còn gọi là tiến trình như các bạn hay thấy nó mang ý nghĩa marketing nhiều hơn là một cái gì đó để so sánh. Cũng không có một quy chuẩn quốc tế nào về việc đặt tên cho các loại tiến trình 14nm, 10nm hay 7nm hiện tại cả.

Vậy có thật con số này càng nhỏ thì càng tốt hay không?

Câu trả lời là hên xui. Vì nó còn tùy thuộc vào cách định nghĩa và cách sắp xếp các bóng bán dẫn của các nhà sản xuất chip khác nhau. Trên thực tế thì để so sánh mức độ “xịn sò” chúng ta nên để ý đến mật độ bóng bán dẫn nhiều hơn là con số nanomet kia.

Ví dụ với 14nm, Intel có thể nhét tới 43.5 triệu bóng bán dẫn vào mỗi milimet vuông, con số đó với TSMC 16FF chỉ là 28.2 triệu và Samsung 14LPP là 32.5 triệu. Khi xuống 10nm, Intel có thể đạt tới 106.1 triệu. Trong khi đó 7nm của TSMC chỉ đạt 96.49 triệu và Samsung là 95.3 triệu. Thế mới nói khi Intel hoàn thiện được tiến trình 10nm của mình thì 7nm của AMD hiện tại cũng chỉ thường thôi.

Nhưng mà hiện tại thì TSMC và Samsung đã sử dụng công nghệ 7nm+ EUV, một công nghệ mới hơn để “khắc chip”. Bộ xử lý tiếp theo của AMD sẽ sử dụng công nghệ này của TSMC, vì thế cũng là 7nm nhưng mật độ bóng bán dẫn có thể đạt 116.7 triệu. Thậm chí Samsung có thể sản xuất những con chip 7nm+ với mật độ 127.3 triệu bóng bán dẫn trên mỗi milimet vuông, tức là dù Intel kịp hoàn thiện tiến trình 10nm trong năm sau thì vẫn phải theo sau AMD.

Vậy tại sao Intel chưa xuống được 7nm? Tại sao 7nm+ EUV lại “xịn” hơn nhiều 7nm? Mình sẽ tổng hợp thông tin gửi đến các bạn trong một bài viết khác nhé.