Quét transitor 7nm của AMD và 14nm của Intel xem thế nào?

Những tấm hình và nhận xét, phân tích được đưa ra bởi Roman “Der8auer” Hartung, một kĩ sư cơ điện tử ở Đức và cũng là người thích overclock, cũng có kênh YouTube riêng. Anh đem 2 con chip có thể xem là thuộc top đầu của Intel và AMD vào thời điểm tháng 9/2020 đi nghiên cứu, bao gồm Intel Core i9-10900K (dùng công nghệ 14nm+++ của chính Intel) và AMD Ryzen 9 3950X (dùng công nghệ 7nm của TSMC).

Vùng bóng bán dẫn được đem đi chụp ảnh là khu vực bán dẫn cấu thành bộ cache L1 của chip, lý do là vì các cell nhớ (memory cell) có kích thước và hình dáng gần giống nhau nhất, chúng cũng là một chuỗi các hình chữ nhật kế tiếp nhau nên dễ so sánh hơn so với những bóng bán dẫn dùng cho khu vực tính toán (logic block) của CPU.

Trước khi đi tiếp, mời bạn xem qua hình ảnh của một bóng bán dẫn hiện đại với cấu trúc FinFET đang được dùng cho cả hai con chip nói trên. Thực ra đây là hình do Samsung đăng, nhưng với TSMC và Intel thì cấu trúc cũng tương tự như thế.

Đem hai con vi xử lý này đi scan dưới kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope - SEM) cho thấy rằng các bóng bán dẫn trong chip Intel Core i9-10900K có chiều dài cực cổng (gate) là 24nm, còn của AMD là 22nm.

Và đây là hình chụp cắt lớp để bạn có thể hình dung tốt hơn. Chiều cao của gate tương tự nhau, nhưng AMD (hay nói đúng hơn là TSMC) có thể thu nhỏ không gian giữa hai bóng bán dẫn hơn so với Intel, tức là họ có thể nhét nhiều bóng bán dẫn hơn trong cùng một đơn vị diện tích. Hình này được chụp bởi kính SEM ở cùng độ phóng đại và hai hình đặt cạnh nhau.

Tất nhiên, chỉ nhìn 1 chiều như vậy là vẫn chưa đủ, vì các bán dẫn trong 2 con chip trên đều sử dụng kiến trúc FinFET, là một kiến trúc 3 chiều. Mà kiến trúc 3 chiều thì không thể nào chỉ đo bằng 1 chiều duy nhất được. Hartung gọi điều này là “ngớ ngẩn”, và những gì số đo mà chính anh thực hiện ở trên cũng là “ngớ ngẩn”.

Tóm lại, mối quan hệ giữa cái tên cho công nghệ, cho quy trình sản xuất đã không còn phản ánh đúng. về kích thước của các số đo trong một bóng bán dẫn. Điều này đã bắt đầu từ những năm 1990. Một con số gần hơn có thể dùng để so là mật động bóng bán dẫn là bao nhiêu, ví dụ Intel 10nm và TSMC 7nm đều có mật độ vào khoảng 90 triệu bóng bán dẫn trên mỗi mm vuông (90 MTr/mm2). Trong khi đó, quy trình 7nm của Intel và 5nm của TSMC thì đang hướng đến mật độ 150 MTr/mm2.

Và lại một lần nữa, chỉ riêng chỉ số mật độ cũng không nói được con chip nào xịn hơn con chip nào, vì một bộ xử lý hoàn chỉnh cần thêm rất nhiều yếu tố khác. Khi bạn xét nó trong một chiếc máy tính, thì lại có nhiều yếu tố hơn ảnh hưởng đến việc đo hiệu năng.

Không thể cãi rằng Intel đang thua AMD xét về khả năng tản nhiệt ở một số con chip, nhiều bài benchmark đã chỉ ra điều đó, cũng như giá laptop chạy CPU AMD có xu hướng rẻ hơn so với Intel ở cùng mức hiệu năng (hoặc có khi AMD nhỉnh hơn). Nhưng bạn cần phân biệt rõ rằng chỉ riêng con số 7nm, 10nm thì không nói lên được về sức mạnh nếu so sánh 2 hãng sản xuất khác nhau.

Ngoài ra, mình tìm được thêm 1 bảng số liệu nữa cho thấy TSMC 7nm và Intel 10nm có nhiều điểm tương tự nhau, thế nên nhiều người mới hay nói là “Intel 10nm và TSMC 7nm” là gần giống nhau. Trong bảng bên dưới, các kích thước quan trọng thường dùng khi nói về chip của hai bên tương tự như nhau, trong đó Intel có thua một số chỗ, nhưng cũng hơn một vài điểm khác. Cột có dấu tam giác (delta) mô tả thay đổi của cùng chỉ số đó với thế hệ tiến trình trước của cùng hãng.