[JUSTIFY]Gsm.vn - Nhiều năm qua, chúng ta đã chứng kiến sự tiến bộ vượt bậc về sức mạnh của những chiếc smartphone, tablet cũng như PC. 1 nhân, 2 nhân rồi 4 nhân, 8 nhân... Tất cả những điều tuyệt vời ấy sẽ không xảy ra nếu như không có sự tiến bộ của công nghệ sản xuất chip bán dẫn.[/JUSTIFY] [JUSTIFY]Xem thêm Gần 1 tỷ thiết bị Android 'mong manh' trước 'sóng dữ' mã độc[/JUSTIFY] [JUSTIFY]Sơ lược về cấu tạo điện thoại, máy tính[/JUSTIFY] [JUSTIFY] Bạn có lẽ đã từng xem nhiều bài viết "mổ xẻ" (teardown) cấu tạo của một chiếc smartphone, tablet hoặc thậm chí là laptop. Nếu từng tự ráp lấy chiếc desktop của mình, hẳn bạn cũng nhận ra những đặc điểm tương tự. Bất kể là kích thước lớn hay nhỏ, mỏng hay dày, chạy hệ điều hành gì, tất cả các thiết bị trên đều chia sẻ chung những thành phần cơ bản nhất.[/JUSTIFY] Cấu tạo của Galaxy Note 4 với chip xử lý, RAM, bộ nhớ trong (flash NAND), camera, màn hình cảm ứng, các cảm biến, pin... [JUSTIFY]Nhưng để dễ hình dung, bạn hãy xem một cỗ máy như là một công ty hay nhà máy. Văn phòng đầu tiên và cơ bản nhất là phòng giám đốc, nơi mọi quyết định được thông qua, nó tương đương với CPU hay chip xử lý chính. Nơi làm việc chính của các phòng ban khác (tuỳ theo loại hình công ty, chức năng hoạt động) tương đương với RAM hay bộ nhớ chính. Bạn có thể không để ý, nhưng tất cả các hệ điều hành hiện nay chỉ chạy trên RAM hệ thống. Không có RAM cũng như một công ty không có văn phòng, không làm gì được.[/JUSTIFY] Máy tính, smartphone, tablet của bạn không thể chạy được nếu không có RAM [JUSTIFY]Các thể loại bộ nhớ "cứng" như ROM, HDD, SSD... có thể xem như nhà kho của các công ty. Bạn sản xuất ra cái gì thì bạn phải có nguyên liệu và thành phẩm. Tất cả chúng đều cần nơi chứa. Kể cả các phòng ban cũng vậy, máy móc, vật tư cũng là một dạng vật chất và bạn phải có không gian chứa chúng. Khác biệt duy nhất ở đây là với một công ty, khi đóng cửa ra về, bạn (thường) không cần phải dọn dẹp, đóng thùng các thứ lại mà vẫn để nguyên đấy. Chính xác thì khi một công ty hết giờ làm, nó rơi vào trạng thái Sleep / Standby như ở trên máy tính.[/JUSTIFY] Nhìn có vẻ khác nhau, nhưng đây đều là sơ đồ cấu tạo một hệ thống desktop Haswell-E [JUSTIFY]Các thành phần khác như bàn phím, chuột, camera, màn hình cảm ứng, loa, modem 3G... thay đổi tuỳ theo chức năng của sản phẩm. Về điểm này, nó như đặc trưng kinh doanh hoạt động của mỗi công ty. Các công ty dù cho có những thành phần giống nhau thì vẫn có những nét riêng khác nhau. Một công ty vận tải tất nhiên sẽ không giống một công ty may mặc hay một hãng phần mềm được. Nhưng dù gì thì gì, một công ty luôn cần có ít nhất một giám đốc, các phòng ban luôn cần có một trưởng phòng hay quản lý chính.[/JUSTIFY] [JUSTIFY] Chip bán dẫn và transistor[/JUSTIFY] [JUSTIFY] Chip xử lý nói chung hiện nay, là kết quả của rất nhiều năm nghiên cứu và phát triển của các hãng công nghệ. Nhưng dù thế nào, cho tới trước khi con người nghĩ ra được cấu tạo chip xử lý mới, tất cả các chip hiện nay đều chia sẻ chung một thứ "tế bào" - transistor (trans). Làm ra chip chính là làm ra trans. Và chúng tôi hoàn toàn nghiêm túc - từng trans một trong số vài triệu đến vài tỷ trans tuỳ theo thiết kế mỗi con chip.[/JUSTIFY] Một transistor bình thường bự cỡ đầu ngón tay [JUSTIFY]Về bản chất, trans thực ra là một công tắc điện - bạn đóng công tắc có điện, bạn ngắt công tắc không điện. Nghe đơn giản, song vấn đề ở chỗ, các trans liên kết với nhau như thế nào. Nếu bạn từng chơi trò sửa ống nước (Plumbing), chắc chắn bạn sẽ hiểu vấn đề.[/JUSTIFY] [JUSTIFY] Nhiều chục năm về trước, kích thước của trans rất lớn, cỡ... vài mm. Nhưng để có thể làm được nhiều thứ hơn (giả dụ chảy được nhiều nước hơn), bạn sẽ cần có thật nhiều trans hơn nữa. Hình dung như một công ty 10 người và 1000 người, nếu cùng kinh doanh một mặt hàng và cách vận hành y như nhau, chắc chắn công ty 10 người không thể tạo ra được nhiều hàng hoá bằng 1000 người. Các kiến trúc chip xử lý ưu việt hơn nhau ở chỗ, với cùng một lượng công nhân, làm sao để cho hiệu suất làm việc tốt hơn?[/JUSTIFY] Có gần 2 tỷ transistor bên trong chip A8 của Apple... ... trong một diện tích chỉ cỡ một đốt tay (89 mm2) [JUSTIFY]Nhưng nhìn chung, hiệu suất cao hơn thường đến từ có nhiều công nhân hơn. Và đây chính là tinh thần của định luật Moore mà bất kỳ con chip nào hiện nay, từ Core i7 cho tới Snapdragon, Exynos tới GeForce... phải tuân thủ. Ví dụ chip A7 (trong iPhone 5s) của Apple chỉ có hơn 1 tỷ trans nhưng chip A8 (trong iPhone 6) lại có đến 2 tỷ trans. Và tinh thần của của định luật đó chính là việc làm sao có thể "nhồi" được càng nhiều trans vào trong cùng một diện tích càng tốt. Nhưng để làm được điều đó, các nhà sản xuất chip phải tìm cách thu nhỏ kích thước các trans xuống.[/JUSTIFY] [JUSTIFY] Làm ra transistor[/JUSTIFY] [JUSTIFY] Okay, vậy người ta làm ra transistor như thế nào? Có rất nhiều giai đoạn trong lịch sử nghiên cứu bán dẫn và có nhiều cách chế tạo khác nhau. Ở đây chúng ta chỉ bàn về phương pháp "gần đây nhất", áp dụng cho dòng trans MOSFET - phương pháp in quang litho (lithography).[/JUSTIFY] [JUSTIFY]Làm sao để tạo ra từng trans có kích thước chỉ vài chục nm? Và làm sao để tạo ra hàng triệu - hàng tỷ chiếc xếp san sát nhau như vậy? Hiển nhiên bạn không thể cầm đục và đục từng chiếc một. Hay đổ kim loại lỏng thành khuôn rồi lấy nạy nạy chúng ra. Chúng quá mỏng manh và nhỏ bé. Ánh sáng chính là câu trả lời.[/JUSTIFY] [JUSTIFY] [/JUSTIFY] Ảnh minh hoạ phương pháp in quang litho[JUSTIFY] [/JUSTIFY] [JUSTIFY]Bằng cách sử dụng những tia sáng có bước sóng và cường độ năng lượng biết trước (thường là tia UV), người ta cho chúng đi qua những thấu kính (mask) với khả năng thu nhỏ những mẫu thiết kế chip (được phóng to) từ vài chục cm xuống còn vài mm (trong vài mm đó là... vài tỷ trans). Điểm đến của những tia sáng đó chính là tấm silicon (wafer) được làm từ cát nóng chảy (SiO2) với độ tinh khiết cao nhất.[/JUSTIFY] Sau đó các tấm wafer sẽ được rửa acid để "tạo hình" từng transistor [JUSTIFY]Tuy nhiên, trước khi được chiếu sáng, những tấm wafer trên sẽ được phủ một lớp vật liệu chặn quang (photoresist). Tuỳ theo mục đích thiết kế, lớp chặn quang trên sẽ có tính âm (negative) hoặc dương (positive). Với lớp chặn âm, những khu vực nào được chiếu sáng sẽ "bốc hơi" còn với lớp chặn dương, chỉ phần nào "có sáng" mới được giữ lại. Những phần còn "sót lại" chính là cơ sở để tạo nên từng thành phần của trans về sau này. Và đây là phương pháp in quang litho (sử dụng ánh sáng và chất chặn quang để "tạo hình" cho chip).[/JUSTIFY] [JUSTIFY] Sau đấy, tấm wafer sẽ được "rửa" bằng acid trong một thời lượng và nồng độ hợp lý. Mục đích của việc "rửa" này nhằm bào mòn (etch) lớp trên cùng của tấm wafer, giúp hình thành nên những "viên gạch" đầu tiên của con chip. Trên thực tế, quá trình in quang litho và rửa acid cũng như phủ thêm vật liệu mới được lặp đi lặp lại nhiều lần. Hãy tưởng tượng như bạn xây một toà cao ốc, tất cả sẽ không hoàn tất trong một lần duy nhất mà hết tầng này đến tầng khác, từng khối một được chồng lên nhau.[/JUSTIFY] Cấu tạo 1 transistor điển hình với cực S, D và cổng G [JUSTIFY]Một trans hoàn chỉnh thường có 3 phần chính - 2 cực nguồn (source - S) và máng (drain - D) và 1 cực cổng (gate - G). Các trans MOSFET hoạt động dựa trên hiệu ứng trường (FET) - khi điện thế ở trên cổng G thay đổi, thì kênh dẫn nằm giữa cực S và D sẽ bị điện thế này làm thay đổi tính chất và nó trở thành dẫn điện hoặc cách điện (tuỳ là trans loại p hay n). Lúc đấy dòng điện ở cực S hoặc D sẽ "chạy qua" bên kia hoặc bị ngắt (tuỳ mục đích thiết kế). Sự kết hợp của hàng chục trans sẽ tạo ra những tín hiệu điện riêng biệt tuỳ chức năng hoạt động.[/JUSTIFY] Transistor 32 nm do Panasonic sản xuất So sánh transistor 32 nm loại N và P do Global Foundries sản xuất Transistor 28 nm HKMG trên chip A7 do Samsung sản xuất [JUSTIFY]Xem thêm Cẩn thận với các anh chàng thích đăng ảnh “Tự sướng”[/JUSTIFY] [JUSTIFY]Ở phần sau, chúng ta sẽ đi vào chi tiết hơn cấu tạo trans 14 nm FinFET của Intel.[/JUSTIFY] (còn tiếp)
Bán dẫn là semiconductor, là mấy con chip xài silicon ấy Càng bơm nhiều silicon thì càng nẩy, càng căng, càng sướng mắt
