Hỏi về bộ vi xử lý graphene của IBM (tốc độ 155 GHz) ?

Loại vật liệu mới dựa trên các nguyên tử carbon (C) vừa được khám phá và nghiên cứu trong những năm gần đây, cho thấy nó có rất nhiều tiềm năng sẽ là vật liệu tương lai cho công nghiệp điện toán, thế chỗ cho silicon (Si) đã tồn tại nhiều năm qua. Song, một thông tin mới đây từ IBM, một đơn vị hàng đầu trong nghiên cứu vật liệu, có thể làm “nao lòng” nhiều người.

Vấn đề của graphene ở đây là gì ? Yu-Ming Lin, đến từ bộ phận Khoa học & Công nghệ Nano của IBM Research, cho biết :

Có một khác biệt quan trọng giữa các transistor graphene mà chúng tôi từng giới thiệu, với các transistor dùng trong CPU. Không giống silicon, graphene không có các khoảng cách về năng lượng, và do đó, graphene không thể bị “tắt”, dẫn đến một tỷ lệ bật / tắt rất thấp

Rõ hơn cho bạn : “bật tắt” ở đây là gì, tại sao nó lại cần thiết ? Các transistor mà chúng ta biết về cơ bản là những công tắc được đóng / mở (bật / tắt). Nhờ khả năng “bật / tắt” này các kỹ sư có thể lập ra các mạch logic để định hình tín hiệu nhị phân (10101010) trên các mạch điện, từ đó tạo thành chip. Chìa khoá để đóng / mở là tính bán dẫn (khi đực khi cái) của silicon : khi bạn nạp một điện thế vào cực cổng (gate) phía trên kênh dẫn (channel) làm từ silicon, kênh này sẽ trở thành dẫn hoặc cách điện. Từ đó mà dòng điện có thể chạy qua 2 cực nguồn (source) và máng (drain) của transistor hoặc không.

Carbon (phi kim) mà cụ thể là graphene, không có các mức năng lượng rõ ràng như silicon (như Lin mô tả). Do vậy các kỹ sư không thể quy định trạng thái nào ứng với “bật” hoặc “tắt”.

Vậy là không có hy vọng cho kỷ nguyên Terahertz (THz) ? :-(

Không hẳn.

Nếu không dùng graphene để làm kênh dẫn được, nó vẫn có thể sử dụng ở bộ phận khác. Lin tiếp :

(graphene) có thể phối hợp cùng silicon để tạo thành một dạng mạch “lai” giúp tăng cường năng lực cho chip máy tính

Graphene về cơ bản là 1 lớp carbon gồm 1 nguyên tử C liên kết với 3 nguyên tử C khác tạo thành 1 mạng lưới hình tổ ong. Do “mỏng” như thế, graphene có một số đặc tính rất đáng chú ý.

Về lý thuyết, không có giới hạn nào về kích thước cho 1 transistor bằng graphene. So với silicon, graphene mạnh mẽ hơn khi đứng ở góc độ thay đổi kích cỡ thiết bị (scaling), vì nó có bề dày chỉ bằng 1 lớp nguyên tử. Trong khi đó, tính chất của silicon được biết sẽ suy giảm đáng kể một khi bề dày của nó mỏng bớt

Transistor graphene có thể đạt mức xung nhịp cao hơn những cái làm từ silicon dù chiều dài cực cổng ngang nhau, bởi vì các electron trên graphene có thể di chuyển với vận tốc cao hơn trên silicon

Vậy chúng ta có thể nói gì về thông tin mới này ? Well, đứng trên góc độ một người tiêu dùng, với tôi là cứ để các khoa học gia của chúng ta giải quyết vấn đề. Graphene, dù sao, còn rất mới và còn nhiều thứ để khám phá tiếp. Silicon, từ lúc mới ứng dụng để sản xuất chip cho đến nay, cũng đã cải tiến rất nhiều. Lấy ví dụ như các transistor ứng dụng HKMG để làm cực cổng : vai trò của silicon đã được giảm bớt mà thay vào đó là các vật liệu mới ở những vị trí loại bán dẫn này không còn tác dụng.