Tìm hiểu về tiến trình sản xuất CPU, vì sao 7 nm hay 14 nm lại quan trọng

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.

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.

(Từ trái sang phải: CPU Broadwell cho laptop, CPU Haswell cho PC và CPU Broadwell cho PC)

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