Tìm hiểu nguyên nhân vì sao CPU lại được làm từ cát

Đôi lúc, khi đọc tin tức, hẳn nhiều bạn có nghe đến cụm từ “Thung lũng Silicon” (Silicon Valley) – một khu vực tại phía Bắc bang California ở Mỹ quy tụ rất nhiều hãng thương mại công nghệ cao. Và mình tin là sẽ có bạn thắc mắc vì sao nó được gọi là Thung lũng Silicon, vì sao nguyên tố hóa học silic (tiếng Anh gọi là silicon) lại được sử dụng phổ biến cho các thiết bị điện tử mà không phải là đồng, graphite hay thứ khác. Để giải thích cho điều này, mời các bạn cùng tìm câu trả lời ngay trong phần bên dưới nhé.

Bản thân silic có một số tính chất khá đặc biệt. Hiện tại, các nhà khoa học tìm ra được 118 nguyên tố, nhưng chỉ có 6 nguyên tố được xếp vào “hàng ngũ” á kim (metalloid), và silic là một trong số đó. Chúng nằm giữa kim loại và phi kim trong bảng tuần hoàn. Nó không quá cứng như kim loại và có thể dễ dàng “uốn nắn” hoặc phá vỡ để tạo thành hình thù theo ý muốn. Ngoài ra, tùy vào điều kiện môi trường mà chúng có thể có các tính chất của kim loại (ví dụ như dẫn điện) hoặc phi kim (ví dụ như cách điện), và thế nên là từ “bóng bán dẫn” ra đời.

Tính chất bán dẫn này vô cùng quan trọng các bạn ạ. Đúng là máy tính và các thiết bị điện tử có gắn chip cần có điện để hoạt động, nhưng nguyên tắc hoạt động của nó là kiểm soát dòng điện đi từ đâu đến đâu, chạy qua bộ phận nào một cách có chọn lọc.

Sở dĩ chọn silic mà không phải á kim khác đơn giản là vì nó khá rẻ và cũng dễ tìm các bạn ạ. Bên cạnh oxy thì silic là nguyên tố hóa học có nhiều thứ nhì trên bề mặt Trái Đất. Cát, nhất là thạch anh (quartz), có thành phần gồm 25% silic và nằm dưới dạng SiO2. Đây cũng là nguyên liệu nền để sản xuất bóng bán dẫn, vậy nên chuyện CPU được làm từ cát là có căn cứ hẳn hoi nhé các bạn.

Thêm vào đó, silic còn có những lợi ích khác, chẳng hạn như nó có thể hoạt động tốt trong nhiều nhiệt độ khác nhau, và có thế kết hợp với các nguyên tố khác để tạo thành hợp chất cần thiết để tạo ra vi xử lý.

Tuy nhiên, không có gì trên đời là hoàn hảo cả, và silic cũng thế. Nó hữu dụng thật đó, nhưng bù lại thì nó có hạn chế ở chỗ tốc độ truyền điện. Những chất bán dẫn khác có thể dịch chuyển electron nhanh hơn, giúp tạo ra vi xử lý có hiệu năng cao hơn (với giá thành đắt đỏ hơn). Và một hạn chế khác nữa là silic có thể sẽ không còn là nguyên liệu phổ biến để sản xuất chip trong tương lai nữa. Bóng bán dẫn càng ngày càng được thu nhỏ lại để cải thiện hiệu năng và tiết kiệm điện, nhưng đồng thời chúng ta cũng tiến gần đến mức giới hạn kích thước của silic. Sẽ đến một lúc bóng bán dẫn làm từ silic không thể thu nhỏ hơn được nữa, và chúng ta phải tìm một chất bán dẫn mới để thay thế.

Thực tế, Intel đã từng thử nghiệm với coban (tiếng Anh gọi là cobalt). Họ đã thêm coban vào tiến trình 10nm để giảm trở kháng của các vi mạch kết nối các bóng bán dẫn. Cách này tuy hiệu quả nhưng khâu sản xuất lại khá khó và năng suất cũng không cao. Vì thế cho nên Intel bị chậm trễ trong việc ra mắt tiến trình 10nm là vậy.

Hy vọng thông tin trên sẽ giúp bạn khám phá ra những điều mới mẻ về thế giới công nghệ. Nếu các bạn có góp ý hoặc bổ sung thì hãy chia sẻ với mình bên dưới phần bình luận nhé. Cảm ơn các bạn đã quan tâm đến bài viết này.

Nguồn Techquickie; Intel; ExtremeTech biên dịch GVN360