AMD lý giải vì sao định luật Moore "sắp chết"

Khi mà toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn trong gần 5 thập kỷ mới đây đều tuân theo định luật Moore, thì trong thời gian gần đây, trong làng công nghệ thế giới bắt đầu nảy sinh những tranh luận trái chiều. Có ý kiến cho rằng định luật này vẫn sẽ tồn tại trong một thời gian dài nữa, khi con chip trong tương lai vẫn có những yêu cầu về hiệu năng, tính hiệu quả về năng lượng, và các khả năng giao tiếp bên trong. 

Tuy nhiên, cũng có một số ý kiến cho rằng, tiến trình công nghệ mới theo định luật Moore không đem lại hiệu quả năng lượng tốt nhất, và định luật Moore sẽ không còn có thể tồn tại lâu nữa. Vài năm trước, hiệp hội Lộ trình Công nghệ Bán dẫn quốc tế (International Technology Roadmap for Semiconductors) sớm cho rằng đến năm 2013 tốc độ “2 năm” trong định luật Moore sẽ được thay bằng “3 năm". 

Và mới đây, AMD cũng là một trong số hãng đưa ra nhận định thứ 2, khẳng định ngày "diệt vong" không còn xa của định luật Moore. Bỏ qua giả thuyết AMD đang cố gắng biện hộ cho sự chậm chạp của mình (AMD đang mắc kẹt ở tiến trình 28nm, trong khi Intel hiện đang ở tiến trình công nghệ 22 nm), thì nghiêm túc mà nói, hẳn nhiều người sẽ tò vì sao hãng này lại đưa ra những nhận định như vậy. PCWorld đã phân tích một số phát biểu gần đây nhất của một trong các kỹ sư trưởng của AMD – Joh Gustafson để làm rõ điều này.

Theo chuyên gia như nhà vật lý lí thuyết Michio Kaku, phải khoảng 10 năm nữa kích thước của các bóng bán dẫn mới đạt đến mức mà các định luật về nhiệt động học và lượng tử có thể gây ảnh hưởng đến định luật Moore. 

Nhưng cái kết của định luật Moore sẽ là một cái kết từ từ chứ không đột ngột, và theo như Gustafson thì ta có thể quan sát thấy những dấu hiệu đầu tiên của cái kết này ngay từ bây giờ. Cụm từ “Định luật Moore” (Moore’s Law) được đề cập lần đầu bởi giáo sư Carver Mead tại đại học Caltech, và Gustafson lại vốn là một học trò của giáo sư Mead. Vì vậy những phát biểu của anh được chú ý không chỉ bởi cương vị tại AMD, mà còn vì những hiểu biết đối với định luật nổi tiếng này.

“Chúng ta đều có thể thấy rằng định luật Moore đang chậm lại”. Gustafson phát biểu. “Những ai chú ý theo dõi sự chuyển biến từ kiến trúc 28nm sang 20nm đều có thể nhận thấy rằng quá trình này tốn khá nhiều thời gian hơn so với những gì được dự đoán trong định luật. Nói cách khác, ta đã có thể cảm nhận được điểm bắt đầu của sự kết thúc, bởi những thông số này cho biết kích thước nhỏ nhất của các bóng bán dẫn trên một vi xử lý". Gustafson có nhiều lý luận hơn để giải thích quan điểm của mình.

Gustafson bình luận, định luật Moore không chỉ phản ánh vấn đề nhồi nhét thêm bóng bán dẫn vào trong vi xử lý, mà còn liên quan đến vấn đề lợi ích kinh tế khi làm vậy. “Phát biểu nguyên gốc của Gordon Moore là về việc số lượng transitor có thể được sản xuất với lợi ích kinh tế cao hơn sẽ tăng gấp đôi sau mỗi hai năm”. Gustafson cho biết “Cách diễn đạt được giới công nghệ làm thay đổi theo rất nhiều cách khác nhau, nhưng ý tưởng khởi nguồn thực ra là như vậy”.

Theo truyền thống, cả nhà sản xuất bán dẫn tích hợp (tự thiết kế và sản xuất) và các công ty gia công chip, đều giới thiệu một tiến trình mới trong vòng 18 đến 24 tháng một lần. Tuy nhiên, một số năm gần đây, chu kì này đã bị kéo dài ra do việc phát triển tiến trình sản xuất mới cũng như việc xây nhà máy sản xuất trở nên cực kì đắt đỏ. 

Intel, trong nỗ lực bảo vệ định luật Moore, vẫn đang tiếp tục trình làng tiến trình công nghệ mới 2 năm một lần, và họ tin rằng, tiến trình mới giúp họ tích hợp nhiều chức năng hơn vào bên trong con chip, trong khi giữ cho giá bán của sản phẩm không bị thay đổi quá nhiều.

Tuy nhiên, Intel là một trong số ít các công ty vừa có khả năng sản xuất một lượng chip xử lý khổng lồ, vừa có thể trang trải chi phí phát triển. Trong khi đó, nhiều công ty bán dẫn khác, mỗi lần tiến lên một node bán dẫn mới, đều phải bỏ ra khoản chi phí hàng trăm triệu USD. AMD tin rằng việc tăng mật độ transistor phải đi kèm với việc tối đa hóa hiệu quả kinh tế. 

“Chúng tôi [AMD] muốn nhìn nhận vấn đề lợi ích kinh tế”. Gustafson cho biết “ Bởi vì nếu vi xử lý sử dụng quá ít transistor, giá thành của con chip sẽ quá cao nhưng ngược lại nếu quá nhiều transistor được đưa vào trong đó, chi phí cho từng transistor sẽ lại tăng”. 

Cách nói của AMD có thể đã hé lộ đôi chút “thiên vị” khi đưa ra nhận định này, xuất phát từ tình cảnh hiện tại của tập đoàn. Trong khi vi xử lý của AMD đang mắc kẹt ở mức 28nm, Intel vẫn đang mạnh dạn tiến tới các kích cỡ nhỏ hơn. Thế hệ chip Ivy Bridge mới nhất của Intel có kiến trúc 22nm. Thế hệ tiếp theo, Haswell cũng vẫn có mức 22nm nhưng trong 2014 có vẻ Intel dự định sẽ cho ra mắt Haswell 14nm và thậm chí là lộ trình phát triển chip 10nm đã được đề ra cho 2016. 

Tuy nhiên, cũng theo một số quan sát khác, vấn đề còn nằm ở cách xử lý dữ liệu. Các bán dẫn có thể có kích thước nhỏ đi, nhưng sức mạnh xử lý tổng quát của các bộ vi xử lý hiện không đạt được các bước tiến mạnh mẽ như hồi thế kỷ trước. Nguyên nhân có thể xuất phát từ việc phải tốn công sức để tối ưu khả năng xử lý đồ họa, sử dụng năng lượng.v.v. hơn là tăng sức mạnh tính toán thuần túy.

Sức mạnh tính toán của các vi xử lý hiện đại ngày nay đã vượt khá xa so với khả năng cảm nhận của người dùng cuối, trừ những gamer hardcore khó tính nhất. Còn vi xử lý trên các sản phẩm hậu PC như tablet lại tập trung vào chất lượng bán dẫn hơn là số lượng. 

Ngay cả trên mặt trận máy chủ, server chuyên nghiệp, AMD cho biết tầm nhìn về các giải pháp như transistor phân tử hay máy tính lượng tử không còn quá xa nữa. Định luật Moore đã phục vụ thế giới công nghệ suốt các thập kỷ vừa qua, và giờ đây nếu “cái chết của Moore “ có xảy ra thật, đó cũng chỉ là điều tất yếu.