จีน'ปฏิวัติวงการเซมิคอนดักเตอร์ พัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ ที่ซับซ้อนที่สุดในโลก 'เปิดตัวชิป 2 มิติบางกว่า 1 นาโนเมตร'

5-4-2025

   SCMP รายงานว่า  จีนสร้างประวัติศาสตร์! พัฒนาชิป RISC-V ขนาด 1 นาโนเมตรแรกของโลกด้วยเทคโนโลยีวัสดุ 2 มิติ อุตสาหกรรมชิปของจีนได้บรรลุจุดเปลี่ยนครั้งสำคัญหลังจากนักวิทยาศาสตร์พัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ซับซ้อนที่สุดในโลก โดยชิปดังกล่าวกำลังเข้าสู่การผลิตในระดับนำร่อง

   รายละเอียดของชิปที่มีความหนาน้อยกว่า 1 นาโนเมตร ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญเมื่อวันพุธที่ผ่านมา ความก้าวหน้าที่โดดเด่นที่สุดคือการผลิตชิปไม่จำเป็นต้องอาศัยการพิมพ์ลิโธกราฟฟีด้วยแสงอัลตราไวโอเลตขั้นสูง (EUV) ซึ่งเปิดเส้นทางอิสระใหม่สำหรับจีนในด้านนวัตกรรมเซมิคอนดักเตอร์

  ในขณะที่วงจรรวมที่ใช้ซิลิกอนกำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดทางกายภาพในการย่อส่วน นักวิจัยทั่วโลกได้หันมาใช้วัสดุ 2 มิติ เช่น โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์และทังสเตนไดเซเลไนด์ เพื่อขยายขอบเขตประสิทธิภาพของชิป

   วัสดุเหล่านี้โดยทั่วไปมีความหนาเพียงอะตอมเดียว แต่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่โดดเด่น ช่วยให้สามารถปรับขนาดและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในวงจรรุ่นถัดไปได้ แม้ว่าการเติบโตในระดับเวเฟอร์ของวัสดุ 2 มิติจะเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่จนถึงปัจจุบัน วงจรดิจิทัลเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติที่ซับซ้อนที่สุดซึ่งพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนาในปี 2017 มีทรานซิสเตอร์เพียง 115 ตัวเท่านั้น

   "[เหตุผลก็คือ] การแกะสลักวัตถุเดียวกันจากเต้าหู้ยากกว่าการแกะสลักจากหยกมาก" ศาสตราจารย์เป่าเหวินจงจากมหาวิทยาลัยฟู่ตั้นกล่าว อธิบายถึงความเปราะบางและความท้าทายในการใช้เซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติเมื่อเปรียบเทียบกับซิลิกอนแบบดั้งเดิมในการผลิตชิป

   หลังจากการพัฒนาเป็นเวลาห้าปี เป่าพร้อมด้วยศาสตราจารย์โจวเผิงจากห้องปฏิบัติการหลักแห่งชาติด้านวงจรรวมและระบบของมหาวิทยาลัยฟู่ตั้นและทีมงาน ได้สร้างไมโครโปรเซสเซอร์ RISC-V 32 บิตชื่อ "Wuji" ซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 5,900 ตัวและมีความหนาน้อยกว่า 1 นาโนเมตร

ความสำเร็จนี้ถือเป็นมาตรฐานระดับโลกใหม่ในการบูรณาการเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติ

กุญแจสำคัญในการเพิ่มระดับการผสานรวมของชิปมากกว่า 50 เท่า อยู่ที่ความสามารถของทีมในการรักษาความแม่นยำและความสม่ำเสมอในระดับอะตอม ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อผลผลิตการผลิตที่สูง

"ตัวอย่างเช่น วงจรอินเวอร์เตอร์เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของชิป และประสิทธิภาพการทำงานแสดงให้เห็นถึงคุณภาพโดยรวมของชิป" โจวกล่าว "อินเวอร์เตอร์ที่เราสร้างขึ้นด้วยวัสดุ 2 มิติทำงานได้ดีมาก มีเอาต์พุตสัญญาณที่แรงและสูญเสียพลังงานน้อยมากเมื่อปิดการทำงาน ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในทางวิศวกรรม"

ทีมวิจัยได้ผลิตอินเวอร์เตอร์แบบอาร์เรย์ 30 x 30 รวม 900 ตัว และการทดสอบแสดงให้เห็นว่า 898 ตัวทำงานได้อย่างถูกต้อง ทำให้ได้ผลผลิตสูงถึง 99.77 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นสถิติใหม่ วงจรดังกล่าวแสดงให้เห็นแรงดันไฟฟ้าสลับและความสม่ำเสมอที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการศึกษาที่คล้ายคลึงกัน

    การผลิต Wuji เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ซับซ้อนมาก ซึ่งบางส่วนได้รับการปรับให้เหมาะสมด้วยความช่วยเหลือของปัญญาประดิษฐ์ ต่อยอดจากการศึกษาในปี 2021 ทีมวิจัยได้ปรับปรุงทุกขั้นตอนตั้งแต่การสังเคราะห์วัสดุไปจนถึงการบูรณาการ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทดลอง

    ชิปนี้สร้างขึ้นบนสถาปัตยกรรมโอเพ่นซอร์ส RISC-V ซึ่งช่วยให้สามารถปรับให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากลโดยไม่ต้องพึ่งพาทรัพย์สินทางปัญญาที่เป็นกรรมสิทธิ์

"การเลือก RISC-V หมายความว่าเราสามารถสร้างระบบนิเวศที่พึ่งพาตนเองได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่ถูกจำกัดด้วยสถาปัตยกรรมหรือสิทธิบัตรของผู้จำหน่ายต่างประเทศ" ศาสตราจารย์ฮั่นจวิน ผู้เขียนร่วมของบทความกล่าว

ภายใต้ชุดคำสั่ง 32 บิต Wuji สามารถดำเนินการทางคณิตศาสตร์กับหน่วยข้อมูลได้มากถึง 4,200 ล้านหน่วย รองรับการจัดเก็บและการเข้าถึงข้อมูลขนาดกิกะไบต์ และดำเนินการโปรแกรมที่มีคำสั่ง RISC ได้มากถึง 1,000 ล้านคำสั่ง

ในปี 2022 ทีมวิจัยชุดเดียวกันได้พัฒนาชิประบบวิชันสำหรับเครื่องจักรโดยใช้โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ และในปี 2023 สามารถเติบโตชั้นเดียว (โมโนเลเยอร์) ของโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์อย่างรวดเร็วบนเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วผ่านกระบวนการสะสมไอเคมี

     ตามรายงานของ China Science Daily ขณะนี้ Wuji กำลังเตรียมเข้าสู่การผลิตในระดับนำร่อง โดยประมาณ 70% ของขั้นตอนการผลิตสามารถผสานเข้ากับสายการผลิตที่ใช้ซิลิกอนที่มีอยู่เดิมได้ ส่วนกระบวนการเฉพาะทางที่เหลือสำหรับวัสดุ 2 มิติได้รับการพัฒนาภายในบริษัท โดยได้รับการสนับสนุนจากสิทธิบัตรการประดิษฐ์มากกว่า 20 ฉบับ

"นี่ไม่ใช่การปฏิวัติทางเทคโนโลยีครั้งใหญ่" เป่ากล่าว "ลองนึกภาพว่านี่คือการสร้างอาคารสำนักงานหลายชั้น ฐานรากและโครงสร้างยังคงเหมือนเดิม แต่ชั้นสองสามชั้นตรงกลางถูกปรับเปลี่ยนเป็นห้างสรรพสินค้า ส่วนเหล่านี้จำเป็นต้องมีการออกแบบและเครื่องมือที่เป็นเอกลักษณ์"

   ตามที่เป่ากล่าว การพัฒนานี้จะช่วยให้อุตสาหกรรมชิปของจีนก้าวไปข้างหน้า "ด้วยการใช้เครื่องมือเซมิคอนดักเตอร์ที่พัฒนาในประเทศและกรอบงาน RISC-V แบบโอเพ่นซอร์สโดยไม่ต้องพึ่งพาเทคโนโลยีลิโธกราฟฟี EUV และการสร้างกระบวนการบูรณาการ 2 มิติแบบครบวงจร เราได้วางรากฐานสำหรับเส้นทางการพัฒนาใหม่ที่พึ่งพาตนเองสำหรับอุตสาหกรรมชิปของจีน"

   เมื่อมองไปข้างหน้า โจวเน้นย้ำว่าคาดว่าเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติจะเข้ามาเสริมชิปซิลิคอนแบบดั้งเดิมแทนที่จะเข้ามาแทนที่ โปรเซสเซอร์รุ่นใหม่เหล่านี้ยังคงเข้ากันได้กับอินเทอร์เฟซที่มีอยู่และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในแอปพลิเคชันปัจจุบันที่หลากหลาย

    การวิจัยเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติทั่วโลกยังคงอยู่ในระยะเริ่มต้นและยังไม่สามารถนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย แม้ว่ายังมีช่องว่างด้านประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับชิปเชิงพาณิชย์ แต่ความก้าวหน้านี้ได้วางตำแหน่งให้จีนมีศักยภาพที่จะเป็นผู้นำในแนวหน้าถัดไปของนวัตกรรมเซมิคอนดักเตอร์

---

IMCT NEWS

ที่มา https://www.scmp.com/news/china/science/article/3305185/worlds-first-1-nanometre-risc-v-chip-made-china-2d-materials?module=top_story&pgtype=section