Đã tìm ra cách 'cứu sống' định luật Moore sau 10 năm nghiên cứu
Sau 50 năm, định luật Moore đang đứng trước nguy cơ không thể duy trì khi con người gần đạt đến tốc độ giới hạn của chip điện tử máy tính. Nghiên cứu mới sẽ giúp điều này còn đúng.
Được tạo ra bởi đồng sáng lập Intel, Gordon Moore, định luật này dự đoán số bóng bán dẫn trong chip máy tính sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 2 năm.
Sau nửa thế kỷ, định luật Moore vẫn luôn được duy trì. Khi Intel ra mắt chip xử lý đầu tiên vào đầu thập niên 1970, nó chỉ có 2.000 bóng bán dẫn nhưng giờ đây, một chip xử lý trên iPhone có hàng tỷ bóng bán dẫn.
Một chip xử lý 45 nm của năm 2007. Ảnh: Getty Images.
Nghiên cứu mới giúp duy trì định luật Moore
Tuy nhiên, định luật Moore đang trên bờ vực bị phá vỡ khi các chip xử lý hiện đại đã có kích thước rất nhỏ. Nhiều năm qua, các hãng chip như AMD hay Intel luôn cố gắng "nhét" nhiều bóng bán dẫn vào những con chip siêu nhỏ, thậm chí thu hẹp khoảng cách giữa chúng xuống 7 nm.
Nếu tiếp tục giảm khoảng cách như vậy sẽ gây ra nhiều vấn đề như quá nhiệt hay "nghẽn cổ chai" khiến việc truyền dữ liệu rất chậm.
Để giữ định luật Moore tồn tại, chúng ta phải chuyển từ mô hình bóng bán dẫn điện tử sang dạng ánh sáng, vấn đề này đã được nghiên cứu trong thời gian dài nhưng chưa có kết quả bởi silicon (nguyên liệu làm ra bóng bán dẫn) không thực sự phát sáng.
Các nhà vật lý tại Đại học Công nghệ Eindhoven (Hà Lan) do Erik Bakkers đại diện vào ngày 8/4 đã xuất bản nghiên cứu trên tạp chí Nature tuyên bố thành công trong việc tạo ra dây nano siêu nhỏ bằng hợp kim silicon có thể phát sáng. Theo đó, thay vì tăng số bóng bán dẫn nhằm cải thiện tốc độ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng photon (hạt siêu nhỏ) có thể phát sáng để truyền dữ liệu.
Chiếc máy được nhóm nghiên cứu của Bakkers sử dụng để phát triển dây nano làm từ hợp kim silicon cấu trúc lục giác. Ảnh: Nando Harmsen.
10 năm cho một thành tựu
"Đây là một cột mốc quan trọng trong lịch sử phát triển máy tính khi họ (nhóm nghiên cứu) chứng minh được rằng dây nano làm bằng hợp kim silicon có thể phát sáng" , Pascal Del'Haye, giám đốc nhóm microphotonic thuộc Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck, nhận định.
Bakkers khẳng định đội ngũ của ông đã dành 10 năm để tìm ra cách thay đổi hình dáng cấu trúc của silicon cho photon có thể di chuyển. Theo đó, một con chip máy tính thông thường được chế tạo dựa trên lớp silicon mỏng tên là wafer.
Trong wafer, các nguyên tử silicon được sắp xếp thành một mạng tinh thể hình khối cho phép electron di chuyển tự do nhưng photon thì không. Các nhà nghiên cứu đã dựa trên giả thuyết thay đổi cấu trúc sắp xếp mạng silicon thành hình lục giác để giúp photon truyền dữ liệu.
Nhóm của Bakkers đã cố gắng tạo ra mạng lưới silicon hình lục giác trong suốt 10 năm qua, kết quả là sợi dây nano hợp kim có thể phát sáng.
Nghiên cứu của Bakkers có thể giúp chip xử lý máy tính trong tương lai hoạt động nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, tỏa ít nhiệt hơn. Ảnh: Wired.
Bằng cách làm ra dây nano hợp kim phát sáng, Bakkers cho biết nhóm của ông có thể phát triển "một silicon laser kích thước nhỏ để tích hợp lên chip máy tính", từ đó giúp những con chip hoạt động hiệu quả hơn, tỏa ít nhiệt hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
Thách thức cuối cùng là tích hợp chúng lên những con chip máy tính mà chúng ta quen thuộc.
Tất nhiên, chip máy tính tới đây có thể không hoàn toàn dựa trên yếu tố này. Trong chip xử lý, electron sẽ hiệu quả hơn khi truyền dữ liệu bởi chúng chỉ cần di chuyển trong khoảng cách ngắn. Tuy nhiên với khoảng cách xa hơn như giữa 2 linh kiện máy, photon sẽ phát huy tác dụng.
Trong tương lai, không chỉ cho người dùng, các hệ thống máy tính cho trạm dữ liệu, xe tự hành cần tốc độ xử lý cao sẽ hưởng lợi nhờ nghiên cứu này.
Bill Gates kể chuyện lúc mới vào nghề làm lập trình Bill Gates từng là thành viên Lakeside Programming Group làm việc cho công ty ở Portland, Oregon. Họ viết tay chương trình tính lương cho công ty để được dùng máy tính thoải mái.
