Huawei muốn viết lại ngành thiết kế chip với Tau Scaling Law?

Bỏ qua cuộc đua thu nhỏ bóng bán dẫn trong thiết kế chip vốn phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống quang khắc tiên tiến, hãng công nghệ Trung Quốc tập trung tối ưu hóa thời gian truyền tải tín hiệu bên trong vi mạch. Cách tiếp cận này giúp Huawei tự tin đặt mục tiêu phát triển các dòng chip đạt hiệu năng tương đương tiến trình 1.4 nm vào năm 2031, vượt qua hàng rào cấm vận công nghệ nghiêm ngặt từ Mỹ.

Bà Hà Đình Ba, giám đốc bộ phận bán dẫn của Huawei giới thiệu về công nghệ thiết kế chip mới.

Từ thu nhỏ vật lý đến tối ưu thời gian

Trong suốt năm thập kỷ qua, ngành công nghiệp bán dẫn vận hành dựa trên kim chỉ nam của định luật Moore, với mục tiêu không ngừng nhồi nhét nhiều bóng bán dẫn hơn vào một diện tích silicon nhỏ hơn để tăng sức mạnh tính toán. Tuy nhiên, khi kích thước bóng bán dẫn tiến gần đến mức vài nanomet, quá trình này đối mặt với bức tường cản trở khổng lồ.

Dòng điện rò rỉ tăng cao, nhiệt lượng tỏa ra lớn, và chi phí xây dựng các nhà máy đúc chip tiên tiến đã vọt lên mức hàng chục tỉ USD. Nhận thấy việc tiếp tục thu nhỏ không còn mang lại hiệu quả tối đa, Huawei đã công bố một hướng đi hoàn toàn khác biệt tại hội nghị kỹ thuật diễn ra ở Thượng Hải vào 25/5.

Thay vì ép các phần tử nhỏ lại, Tau Scaling Law (Định luật tỷ lệ Tau) tập trung vào việc làm cho dữ liệu di chuyển nhanh hơn. Tên gọi của phương pháp này bắt nguồn từ ký hiệu Hy Lạp τ, vốn thường dùng trong kỹ thuật điện để biểu thị hằng số thời gian và tốc độ phản hồi. Nếu định luật Moore giống như việc cố gắng mở rộng một thành phố bằng cách xây thêm thật nhiều làn đường hẹp, thì phương pháp của Huawei lại giống như việc quy hoạch lại toàn bộ hệ thống giao thông để các phương tiện đi lại theo con đường ngắn nhất và nhanh nhất.

Để hiện thực hóa lý thuyết này, Huawei thiết kế một kiến trúc vật lý mới mang tên LogicFolding. Ý tưởng ở đây là gấp hoặc xếp chồng các mạch logic theo chiều dọc, tương tự như việc xây dựng các tòa nhà cao tầng để kéo mọi thứ lại gần nhau hơn, qua đó giảm điện trở và điện dung gây suy hao tín hiệu.

Theo phân tích từ trang The Times of India, kiến trúc LogicFolding cho phép Huawei tăng mật độ bóng bán dẫn lên 55% và cải thiện hiệu suất tiêu thụ điện năng tới 41%. Trang tin này cũng cho biết Huawei đang kết hợp công nghệ này với hệ thống kết nối UnifiedBus nhằm giảm độ trễ giao tiếp giữa các vi xử lý. Đáng chú ý, India Times tiết lộ Huawei thực tế đã áp dụng các kỹ thuật liên quan để sản xuất hàng loạt 381 mẫu chip thương mại phục vụ điện thoại thông minh và hệ thống trí tuệ nhân tạo trong sáu năm qua. Dự kiến, kiến trúc mới sẽ chính thức trình làng trên dòng vi xử lý Kirin dành cho mẫu điện thoại Mate 90 vào mùa thu năm nay.

So sánh 2 nguyên lý thiết kế chip

Liệu Tau Scaling có thật sự là định luật Moore mới? Hai khái niệm này có triết lý phát triển rất khác nhau. Định luật Moore tập trung tăng mật độ phần tử vật lý, giúp các thế hệ vi xử lý liên tục tăng hiệu suất nhưng lại phụ thuộc rất lớn vào công nghệ sản xuất bán dẫn đắt đỏ.

Ngược lại, Tau Scaling Law thay đổi đơn vị tăng trưởng bằng cách đặt ưu tiên vào việc làm sao dữ liệu đến nơi nhanh nhất thay vì tìm cách nhét nhiều linh kiện hơn. Thay vì bám sát vào cấp độ vật lý, Huawei tập trung tối ưu độ trễ truyền tín hiệu từ mạch điện, cấu trúc cho tới toàn hệ thống. Có thể tóm gọn sự khác biệt bằng việc định luật Moore tối ưu kích thước vật lý của vi mạch, trong khi Tau lại tối ưu hóa thời gian xử lý dữ liệu.

Điểm đáng chú ý nhất là Tau Scaling hứa hẹn đạt hiệu năng cao ngay cả khi dùng quy trình sản xuất kém tiên tiến hơn, một yếu tố đặc biệt hấp dẫn đối với quốc gia đang bị hạn chế tiếp cận công nghệ như Trung Quốc. Huawei tuyên bố kiến trúc LogicFolding có thể giúp họ đạt mật độ tương đương quy trình 1.4 nm vào năm 2031 dù không có máy EUV hiện đại. Mặc dù vậy, cần nhìn nhận thực tế rằng mức 1.4 nm tương đương này là tuyên bố về hiệu quả xử lý, không phải bước đột phá sản xuất vi mạch 1.4 nm thực sự theo nghĩa vật lý truyền thống.

Giới chuyên gia quốc tế hiện vẫn khá thận trọng trước bước đi này. Khác với định luật Moore đã được chứng minh bằng hàng chục năm tiến hóa của toàn ngành, khái niệm của Huawei hiện mới ở giai đoạn đầu, chưa có nhiều sản phẩm thương mại để kiểm chứng độc lập. Trang The Times of India chỉ ra rằng đây là một sự tương đương về mặt mật độ chứ không phải một quy trình 1.4 nm thực sự theo nghĩa vật lý.

Dù vậy, việc một hãng công nghệ phải tìm cách viết lại nguyên lý phát triển cốt lõi cho thấy một sự chuyển dịch lớn của ngành bán dẫn. Nó đồng thời phản ánh trực tiếp chiến lược sinh tồn và vươn lên của Huawei dưới áp lực địa chính trị.

Bà Hà Đình Ba, giám đốc bộ phận bán dẫn của Huawei, thừa nhận rằng những nỗ lực mở rộng quy mô chip theo cách truyền thống của hãng đã bị đình trệ từ 6 năm trước ngay khi lệnh cấm từ Mỹ có hiệu lực. Chính sức ép này đã buộc họ phải tìm ra một luật chơi mới, một chiến thuật khôn ngoan phù hợp với hoàn cảnh.