Trên bờ vực thẳm của thế giới bán dẫn

Thực tế khắc nghiệt của sản xuất chip là các phương pháp tiếp cận dựa trên silicon truyền thống đã bị khóa chặt vào vực thẳm của 5nm và 3nm bởi các máy quang khắc EUV, với mỗi nanomet bổ sung đòi hỏi hàng tỷ đô la đầu tư. Tuy nhiên, nhóm Fudan đã chọn con đường bán dẫn hai chiều—giống như việc khắc một cầu thang mới trên một vách đá dựng đứng. Vật liệu molypden disulfide của họ, chỉ dày ba lớp nguyên tử, cho phép di chuyển electron nhanh hơn năm lần so với silicon, với mức tiêu thụ điện năng ở chế độ chờ chỉ bằng 20% ​​so với chip thông thường. Mức độ chính xác "vẽ trên giấy gạo" này thậm chí còn Khoa học tạp chí này kinh ngạc về cách nó "xác định lại ranh giới của vật lý bán dẫn".

Một bước nhảy vọt lượng tử được rèn luyện trong hơn một thập kỷ

Nhìn lại quá trình phát triển của công nghệ này, có thể thấy đây giống như một sử thi về sự kiên trì khoa học của Trung Quốc: Năm 2015, khi nhóm nghiên cứu lần đầu tiên phát triển vật liệu 2D trên các tấm wafer 12 inch, các đồng nghiệp quốc tế tuyên bố rằng "sản xuất hàng loạt sẽ mất ít nhất hai thập kỷ". Đến năm 2021, họ đã sử dụng các thuật toán AI để tối ưu hóa giao diện lớp nguyên tử, tăng năng suất thiết bị từ 37% lên 89%. Và hiện tại, chip "Wuji" đã phá tan mọi nghi ngờ với 4.2 tỷ hoạt động mỗi giây. Thậm chí còn đáng kinh ngạc hơn nữa là 70% quy trình của họ tận dụng các dây chuyền sản xuất silicon hiện có, đồng thời nhúng hơn 20 bằng sáng chế độc quyền ở các giai đoạn quan trọng - chiến lược "chèo thuyền trên biển bằng thuyền mượn" này đột nhiên khiến các máy quang khắc EUV trị giá 120 triệu đô la có vẻ cồng kềnh và lỗi thời.

Cơn bão công nghiệp thầm lặng đằng sau cuộc cách mạng năng lượng
Ngoài dữ liệu phòng thí nghiệm, một cuộc cách mạng công nghiệp thầm lặng đang diễn ra. Khi đường cong tiêu thụ điện năng của chip "Wuji" xuất hiện trong một cuộc họp chiến lược tại một nhà sản xuất điện thoại thông minh hàng đầu, đôi mắt của người đứng đầu thiết bị IoT sáng lên: "Nguồn điện dự phòng này có thể tăng gấp ba lần thời lượng pin của đồng hồ thông minh!" Trong khi đó, các nhà sản xuất ô tô bị thu hút bởi hiệu suất ổn định của nó ở nhiệt độ khắc nghiệt từ -40°C đến 125°C. Ý nghĩa sâu xa hơn nằm ở khả năng tương thích của chất bán dẫn 2D với các dây chuyền sản xuất silicon hiện có—có nghĩa là Trung Quốc có khả năng vượt qua vực thẳm EUV và sử dụng các quy trình 28nm hoàn thiện để sản xuất chip công suất cực thấp có hiệu suất ngang ngửa 5nm.

Biện chứng mới của cạnh tranh công nghệ

Các nhà quan sát phương Tây đang đánh giá lại logic đổi mới của Trung Quốc: Trong khi ASML đổ R&D vào các máy in thạch bản 2nm, các nhà khoa học Trung Quốc đã chứng minh bằng vật liệu 2D rằng "độ dày quan trọng hơn diện tích". Trong khi TSMC khắc hàng nghìn tỷ bóng bán dẫn vào các tấm wafer silicon, nhóm Fudan đã xây dựng các siêu xa lộ điện tử mới giữa các lớp nguyên tử. Chiến lược "bạn chiến đấu theo cách của bạn, tôi chiến đấu theo cách của tôi" này đang hình thành nên một triết lý sinh tồn mới trong ngành công nghiệp chip—suy cho cùng, trong các thị trường nghìn tỷ đô la như thiết bị đeo và điện toán biên, người dùng không quan tâm đến việc chip là 7nm hay 70nm; họ chỉ quan tâm đến việc thiết bị có thể hoạt động được ba năm mà không cần sạc hay không.

Tại thời điểm lịch sử này, thời điểm viết lại các quy tắc của trò chơi, có lẽ chúng ta cần xem xét lại ý nghĩa thực sự của "vượt qua trên đường cong": Các nhà khoa học Trung Quốc đã dành một thập kỷ để xây dựng một "Tháp Babel" độc lập với EUV trong thế giới lượng tử của vật liệu hai chiều. Khi chip "Wuji" thắp sáng tín hiệu đầu tiên trong phòng thí nghiệm, nó không chỉ thắp sáng tương lai của chip trong nước mà còn là một khả năng khác để nhân loại vượt qua giới hạn của vật lý - xét cho cùng, trong dòng sông dài của sự tiến hóa công nghệ, chưa bao giờ chỉ có một chân lý, cũng như thế giới chip không bao giờ có nghĩa là silicon là câu trả lời duy nhất. Liệu cuộc cách mạng thầm lặng này cuối cùng có định hình lại bối cảnh bán dẫn toàn cầu không? Có lẽ câu trả lời nằm trong lời của Giáo sư Zhou Peng: "Khi chúng ta ngừng ám ảnh về việc đuổi theo đèn hậu, cuối cùng chúng ta đã nhìn thấy những vì sao và biển cả".