Công nghệ làm chip TSMC CoW-SoW và sự 'điên loạn' của ngành bán dẫn

Lư Thế Nghĩa
12/5/2024 20:0Phản hồi: 32
Công nghệ làm chip TSMC CoW-SoW và sự 'điên loạn' của ngành bán dẫn
Thời kỳ những con chip to bằng móng tay, ngón tay, bàn tay... cũng gần đến lúc kết thúc. Sắp tới đây bạn sẽ thấy "con chip" to bằng cái nồi cơm, bếp điện... và ai biết được rằng liệu con chip trong tương lai có “bự” bằng cả cái bàn hay không?

Nhắc lại chút lịch sử


Khoảng gần một thế kỷ trước, khi mà ngành bán dẫn còn chưa thành hình, từ "chip" được hiểu là những thứ nhỏ nhắn, vụn vặt, thường là đồ ăn vụn (a bag of chips). Trong một số trò chơi như poker thì "chip" đại diện cho một số tiền, tất nhiên, là kiểu dáng nhỏ gọn thôi (cỡ như mảnh khoai tây chiên trong các hộp/bịch snack ăn vặt). Vì thế khi mà "chip" điện tử (IC - Integrated Circuit) ra đời vào những thập niên 60, từ này còn ám chỉ đó là những vi mạch có kích thước nhỏ gọn (microchip), kích cỡ không quá lòng bàn tay...

computer-chip-processing-unit-history-society-science.jpg
"Chip" được hiểu là vật thể nhỏ bé

Dĩ nhiên khái niệm trên vẫn đúng cho tới ít nhất là hôm nay, một phần nhờ vào định luật Moore - khi mà kích thước transistor cứ thu nhỏ dần đi theo năm tháng. Nhưng định luật Moore không phải là định luật vật lý, nói cho đúng - nó là một xu thế của ngành bán dẫn. Và dĩ nhiên, xu thế này không thể nào vượt qua được các quy tắc vật lý ngặt nghèo nhất, đặc biệt là quy tắc lượng tử. Nếu những con chip của thế kỷ có các chi tiết vi mạch (feature) dày từ vài tỷ tới vài triệu nguyên tử, thì giờ đây chúng chỉ còn vài ngàn tới vài trăm (sắp tới là vài chục). Khi bề dày các chi tiết không còn đủ để cách điện thì hiện tượng chui hầm lượng tử (quantum tunnelling) xảy ra và bản chất ON/OFF tuỳ ý của transistor bị phá vỡ - con chip trở nên vô dụng.


quantum-tunnelling.png
Hiện tượng hầm lượng tử làm hỏng mục đích làm ra transistor

Tuy nhiên một chi tiết mà nhiều người bỏ qua khi nhắc tới định luật Moore là mục đích sau cùng của việc thu nhỏ transistor. Tại sao chúng ta cần phải thu nhỏ chúng?

Thực tế trần trụi - con chip mạnh hơn khi có nhiều transistor hơn. Tuy kiến trúc chip có ảnh hưởng không nhỏ tới hiệu năng song một xu thế không thể phủ nhận là hầu như các thế hệ chip sau đều có nhiều transistor hơn thế hệ trước. Định luật Moore chỉ có ý nghĩa khi chúng ta muốn tăng sức mạnh của chip nhưng trong "phạm vi cho phép về nhiệt độ, kích thước, điện năng tiêu thụ".

Quay lại vấn đề chính của hôm nay, CoW (chip-on-wafer) và SoW (system-on-wafer) là những cái tên mà TSMC đưa ra để giải quyết vấn đề khi mà transistor ngày càng khó thu nhỏ hơn trong khi nhu cầu chip mạnh hơn vẫn luôn tồn tại. Và câu hỏi trị giá ngàn tỷ USD ở đây (tin mình đi, không có TSMC thì NVIDIA cũng không có ngày market cap hay vốn hóa thị trường được ngàn tỷ đâu) là làm sao tạo ra được con chip mạnh hơn? TSMC - đơn giản thôi, làm nó to hơn!

MI300-Lisa.jpg
Chip MI300 của AMD to bằng cả bàn tay

CoW hay cả con chip nằm trên wafer


Trên thực tế, CoW hay CoWoS (chip-on-wafer-on-subtrate) đã xuất hiện từ vài năm trở lại đây, dưới hình hài của những con chip siêu đắt tiền như AMD R9 290X/MI300, NVIDIA A100/H100, Intel Gaudi 1/2/3. Bạn có thể thấy một motif chung của những sản phẩm này rất tương tự khái niệm chiplet của AMD - một con chip khổng lồ được ghép nối từ những chiplet nhỏ hơn. Điểm mấu chốt chính là lớp liên kết đệm (interposer) vốn sẽ kết nối tất các chiplet trên lại, trước khi gắn tất cả lên tấm PCB (subtrate). Vì thế, giới hạn của CoWoS sẽ là kích thước của tấm interposer.

Quảng cáo


CoWoS.jpg
HBM-13-Conclusion 1.jpg
Bản chất CoWoS là đặt tất cả die chip lên cùng 1 tấm interposer

Trong những năm vừa qua, TSMC liên tục tìm cách gia tăng kích thước interposer nhiều và nhiều hơn nữa. Hiện tại, interposer tối đa của công ty này đạt 80 x 80 mm (hoặc 6400 mm2), bự gấp đôi kích thước reticle dùng trong tiến trình EUV NA 0.33. Hãng này kỳ vọng tới 2026, có thể nâng interposer lên đến 100 x 100 mm (bự gấp 3.5 lần hiện tại), cho phép đặt được tới 5 con chip 800 mm2 cùng 12 con chip HBM lên đó. Có thể nói "con chip" lúc đó sẽ to gần bằng cái bánh tráng size 10 cm.

tsmc-sow-cowos-evolution copy.jpg
Mục tiêu của TSMC tới 2026 sẽ làm ra tấm interposer 100x100 mm

Nhưng đó chưa phải là giới hạn của sự "điên loạn"... Sẽ ra sao nếu bạn vẫn muốn "con chip" to hơn nữa? Bằng cái tô, cái chảo, cái bàn?

SoW hay siêu chip khổng lồ

Quảng cáo


Đúng ra mà nói, đây không phải là lần đầu tiên SoW "chào sân". Quay lại 5 năm trước đây - 2019, tại hội nghị Hot Chips 31, Cerebras đã làm toàn bộ giới công nghệ phải miệng chữ Ô, mồm chữ O khi trình làng "con chip" bự bằng cái bếp điện (46,222 mm2) với 1200 tỷ transistor được sản xuất trên tiến trình 16 nm! Và đoán thử xem ai đã "nấu" ra con chip này? Vâng, TSMC!

Cerebras 01 copy.jpg
Cerebras 02 copy.jpg
Cerebras 03 copy.jpg
Cerebras 04 copy.jpg
Cerebras 05 copy.jpg
Tính tới 2019, Cerebras là con chip lớn nhất từng được sản xuất

Cerebras gọi đấy là con chip cấp wafer (wafer scale) vì nó được sản xuất từ đúng một tấm wafer! Để cho dễ hình dung, bạn hãy nghĩ từng die chiplet kia là một nhân CPU cũng được, và toàn bộ là 84 chiplet! Vì được làm trên cùng 1 wafer nên các die sẽ được nối mạch liên kết trực tiếp chứ không cần dùng tới interposer như giải pháp CoW đã nêu ở trên. Vì thế giới hạn của SoW chính là kích thước của tấm wafer. Tính tới hiện tại, wafer lớn nhất đang được dùng để sản xuất có size 300 mm. Đã có thông tin về wafer 450 mm song do chi phí quá đắt đỏ nên nó chỉ mới tồn tại ở giai đoạn nghiên cứu. Biết đâu liệu TSMC sẽ chuyển lên 450 mm khi "thời cơ chín muồi"?

Cerebras 06 copy.jpg
Trên tay là cả một gia tài!

Quay về thực tại, SoW có thể nói vẫn còn đang ở những bước đi đầu tiên. Vì cho tới nay chỉ mới có 2 khách hàng dám "order" công nghệ này. Cerebras như đã nêu ở trên, và Tesla!

Hiện đại & hại điện


Cách đây không lâu Musk cho biết Tesla sẽ không phải là hãng xe hơi như chúng ta đã/đang/từng biết. Những tiết lộ từ TSMC cho thấy công ty của Musk sẽ chuyển hướng mạnh về AI. Mẫu chip cỡ wafer được TSMC nêu tên là Tesla Dojo D1 training tile. Theo công bố của Tesla, D1 training tile được tạo ra từ 25 con chip D1 riêng lẻ, mỗi chip có 354 nhân xử lý, cho tổng số 8850 nhân xử lý trên toàn bộ tấm wafer trên.

tsmc-sow-tesla-dojo copy.jpg
25 chip Dojo D1 được sản xuất trên cùng 1 wafer 7 nm

Để "con chip" (nên gọi là "cục chip" hay "bánh chip" thì hợp hơn nhỉ?) này hoạt động sẽ khác 180 độ so với các chip SIP (system-on-package) mà chúng ta vẫn đang dùng. Trước hết, nó cần dùng một tấm nền (subtrate) đặc biệt vì lượng điện cần cấp vào cực kỳ nhiều (18,000 Amps). Không rõ hiệu suất sử dụng năng lượng bao nhiêu nhưng D1 training tile cần một tấm tản nhiệt đạt công suất 15 kW! Để cho tiện hình dung, bếp hồng ngoại chúng ta dùng hiện nay có công suất tối đa khoảng 2 kW cho một bếp. Vậy đây là một cái "lò chip"...

Và Cerebras là Tesla Dojo D1 là 2 sản phẩm khởi đầu cho SoW. Hiện tại chúng chỉ tận dụng được phần hình vuông/chữ nhật nằm ở chính giữa wafer (do bản chất hình học của reticle). 4 góc tròn còn lại đang bị bỏ phí. Trong tầm nhìn của TSMC, các góc tròn này có thể được tận dụng để gắn thêm các chip nhớ, IO... thậm chí là liên kết vật lý (connector) với các wafer khác. Nhưng đó sẽ là mục tiêu xa hơn trong khoảng 2026 - 2027. Đồng thời cũng sẽ đẻ ra nhiều thách thức hơn cả về nhiệt độ, điện năng tiêu thụ...

Tesla Dojo 01.jpg
Tesla Dojo 02.jpg
Tesla Dojo 03.jpg
Những con chip cấp wafer này sẽ không bao giờ được bán phổ thông

Song một điều chắc chắn - những "bánh chip" SoW sẽ không bao giờ xuất hiện trên các sản phẩm tiêu dùng phổ thông. Trước hết chi phí làm ra chúng có thể đắt hơn cả một căn nhà hoặc hơn. Sau đó là chi phí đóng gói, tản nhiệt, vận hành. Hiển nhiên một thiết bị tiêu thụ tới 18 kW sẽ đòi hỏi một lưới điện chuyên biệt và dĩ nhiên, cả một hệ thống tản nhiệt mà chỉ các datacenter mới dám đầu tư.
32 bình luận
Chia sẻ

Xu hướng

Không biết có ngày nào đó mình sẽ mua CPU to bằng cả cái mainboard, nhúng trong một bể dầu cỡ cái bể cá để tản nhiệt.
@lucky10000 Cái bể đó hiệu suất tản nhiệt ko lại rùi.
vinhan73
TÍCH CỰC
12 ngày
@lucky10000 Lướt web, office thì không cần đâu nhé ! 🤣
@vinhan73 Mình đoán tương lai lướt web, office cũng dùng AI hết, chip càng khoẻ thì AI càng mượt
Nhìn quả chip to như cái đĩa mà hãi luôn
@Hiếu_Sad sau 15 năm nữa, những con chip bé nhỏ cũng sẽ có sức mạnh tương tự những con siêu chip này.
Dark Man
ĐẠI BÀNG
11 ngày
@Dr.Son 20 năm trước thì câu này đúng, chừ hên xui

mấy node bán dẫn mới hiện tại chỉ tăng mật độ transistor được vài chục % thôi
@Dark Man bác lại quên AI rồi.
Có sự hỗ trợ của AI thì mọi thứ đều sẽ phát triển nhanh gấp hàng nghìn lần trước đây
vinhan73
TÍCH CỰC
12 ngày
Wow ... chỉ có thể là tụi server cho AI mà thui !!
--> xuống Nam Cực làm xưởng ... giải nhiệt công nghệ ... cho thuê thui !!
@vinhan73 Microsoft đã triển khai nhiều trung tâm dưới biển để giải nhiệt rồi.
vinhan73
TÍCH CỰC
11 ngày
@Dr.Son Cha chả ... nhân viên trực làm việc 2 tháng ngoi lên bờ 1 lần hả ta ? Nghỉ được mấy ngày rùi lặn xuống tiếp !! --> ai có gia đình vợ đẹp, con ngoan ... là thui ... bái bai !!
@vinhan73 Nó tự động hết, ko cần người, điều khiển qua phần mềm trên bờ.
@Dr.Son hình như ở bắc âu mà bác?
@haobcyqhdvb Mình nói ở dưới biển mà bác, chứ đâu nói ở Bắc Cực hay Nam Cực.
Chip M đặt ở đâu cạnh những con này? 😄
đâu mấy ông xài laptop chip hỗ trợ AI mấy ông ứng dụng được cái gì rồi kể nghe thử , tui có 1 con laptop cũng chip AI intel tôi xài qua lại 2 máy AI và k AI thấy chẳng có gì khác nhau hết
@nefertem Có khác giá không fen.
@Chọc Chó có chớ , con i7 ucha cao hơn i7 thường mấy triệu
Cứ tưởng nó nhỏ gọn hơn, ai ngờ nó ngày càng to lớn hơn để nhồi nhét nhiều hơn nữa. Sức mạnh quá khủng khiếp nhất là khi kỷ nguyên tự hành dựa trên AI. 🤔
Tương lai chả cần những con chip to đùng ,! hay sợ định luật Moore ,hầm lượng tử gì cả mà 1 con chịp chạy với điện thế siêu thấp ,khi điện thế siêu thấp thì tạo ra điện trường thấp ,không đủ năng lượng tạo ra đường hầm điện tử hay cảm ứng lên E nổi ,và cũng chẳng cần diện áp ngưỡng để kích transitor .Giải quyết cả bài toán năng lượng tiêu thụ ,nhiệt ,và kích cở .Với con chip vậy bạn mới dùng nó nối vào thần kinh con người dùng chính tin hiệu điện noron thần kinh mà hoạt động ,tương lai của não máy
Dark Man
ĐẠI BÀNG
12 ngày
@anhcom67 V siêu thấp là bao nhiêu ? 1 V hay 0,1 V ? Thấp quá có đủ để electron nó rời khỏi mạng tinh thể để biến đổi bản chất của channel từ ON sang OFF và ngược lại không ?

logic siêu thấp đơn giản như thế thì transistor chả phải thay đổi từ planar sang FinFET hay GAA làm chi cho phức tạp vấn đề
Wangdang76
ĐẠI BÀNG
12 ngày
@anhcom67 cmt hài vl 😆
Covid 20
ĐẠI BÀNG
12 ngày
80 mm x 80 mm = 1600 mm2. Ông ở voz sang đây phải không?
TSMC mãi đỉnh
Ko hiểu ông mod trình bày cái gì.
Chip phục vụ nhu cầu cá nhân như điện thoại laptop thì kích thước nó chỉ được phép trong khuôn khổ thiết bị thôi làm sao mà tăng lên được. Còn chip phục vụ data center thì kể cả từ ngày xưa đâu có rào cản nào về kích thước.
Dark Man
ĐẠI BÀNG
12 ngày
@Chichbong0302 bảo datacenter không có rào cản kích thước thì chưa biết rack server 1U 2U ... là gì rồi =)))))

con AD102 nhiều người muốn thấy trên VGA chơi game nó ngốn 900W điện đấy

https://www.techpowerup.com/294261/nvidia-allegedly-testing-a-900-watt-tgp-ada-lovelace-ad102-gpu

NVIDIA Allegedly Testing a 900 Watt TGP Ada Lovelace AD102 GPU

With the release of Hopper, NVIDIA's cycle of new architecture releases is not yet over. Later this year, we expect to see next-generation gaming architecture codenamed Ada Lovelace. According to a well-known hardware leaker for NVIDIA products,...
techpowerup.com
Chả thấy có gì gọi là sự điên loạn ở đây cả, thớt giật tít kinh quá. Chẳng qua nó là nhiều phân khúc sản phẩm khác nhau phục vụ các nhu cầu khác nhau thôi.
datvn
TÍCH CỰC
11 ngày
Khiếp TSMC thành hãng sản xuất bếp từ mất thôi!
bổ sung, ý tưởng này không phải TSMC cook ra, mà thực ra đã được thực hóa từ xưa để tăng năng lực điện toàn rồi. Các ông có thể google HITAC M-200H, từ năm 1978 nhé. Ngày nay hết cách nên người ta nấu lại cách cũ thôi
Namlvlee
TÍCH CỰC
11 ngày
Cái chip quay về hồi xưa
Macole
ĐẠI BÀNG
10 ngày
Có cách nào đó in con chip theo 3D thì ra sẽ có hàng tỉ tỉ transitor trên 1cm khối.
ngocloi9x
ĐẠI BÀNG
3 ngày
Trong hình đầu là valve intelligentJet của Nordson , nhớ nghề vl

Xu hướng

Bài mới









  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2024 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: Số 70 Bà Huyện Thanh Quan, P. Võ Thị Sáu, Quận 3, TPHCM
  • Số điện thoại: 02822460095
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019