Sau nhiều năm bám trụ ở các nút tiến trình 3nm tinh chỉnh, ngành công nghiệp vi điện tử toàn cầu chính thức bước vào kỷ nguyên 2 nanomet (2nm). Khác với những đợt thu nhỏ bóng bán dẫn trước đây, 2nm đòi hỏi sự thay đổi toàn diện về mặt vật lý: từ bỏ hoàn toàn cấu trúc FinFET truyền thống vốn đã chạm giới hạn rò rỉ dòng điện để chuyển sang kiến trúc Gate-All-Around (GAA).

Kiến trúc GAA: Bước ngoặt vật lý không thể đảo ngược

Trong cấu trúc FinFET, cổng (gate) chỉ bao quanh ba mặt của kênh dẫn. Khi kích thước bóng bán dẫn giảm xuống dưới 3nm, hiệu ứng lượng tử khiến các electron dễ dàng vượt rào, gây rò rỉ điện năng và sinh nhiệt lượng khổng lồ. Kiến trúc GAA — với các tấm nano (nanosheet) được cổng bao bọc trọn vẹn 4 mặt — giúp kiểm soát dòng điện chặt chẽ hơn nhiều lần, cho phép vận hành ở điện áp thấp hơn mà vẫn duy trì tần số xung nhịp cao.

Theo các báo cáo đo đạc sơ bộ, chip sản xuất trên tiến trình 2nm đạt hiệu suất năng lượng tốt hơn từ 25% đến 30% so với tiến trình 3nm thế hệ đầu, trong khi diện tích khuôn chip giảm khoảng 15%.

Thế kiềng ba chân: TSMC, Samsung và tham vọng của Intel

Mỗi gã khổng lồ bán dẫn đều chọn một hướng tiếp cận riêng để chinh phục mốc 2nm:

  • TSMC (Node N2): Giữ vững vị thế số một về độ ổn định. TSMC đã hoàn tất dây chuyền thử nghiệm tại Hsinchu và Kaohsiung. Toàn bộ năng lượng sản xuất đợt đầu gần như đã được Apple, AMD và Qualcomm đặt trước cho các dòng vi xử lý flagship.
  • Samsung Foundry (Node SF2): Tiên phong áp dụng GAA (dưới tên gọi MBCFET) từ mốc 3nm nên có kinh nghiệm sớm hơn. Samsung nhắm vào các khách hàng thiết kế chip AI và thiết bị di động tầm trung cao với chi phí sản xuất linh hoạt hơn.
  • Intel (Node 18A): Lá bài chiến lược của Intel nhằm giành lại ngôi vương gia công chip. Intel 18A kết hợp hai công nghệ đột phá: bóng bán dẫn RibbonFET và công nghệ phân phối nguồn mặt sau PowerVia, giúp đường cấp nguồn tách biệt khỏi các lớp truyền dẫn tín hiệu.

Thiết bị nào sẽ được trang bị chip 2nm đầu tiên?

Lịch sử cho thấy các dòng vi xử lý di động cao cấp của Apple (dự kiến là A20 Pro trên iPhone 18 Pro) và vi xử lý máy tính bảng iPad Pro M-series sẽ là những cái tên đầu tiên bước lên tiến trình 2nm của TSMC. Tiếp theo đó, các dòng chip Snapdragon 8 Gen 6 của Qualcomm và Tensor của Google cũng sẽ rục rịch chuyển đổi vào nửa cuối năm 2026.

Đối với người dùng phổ thông, sự xuất hiện của chip 2nm đồng nghĩa với việc điện thoại sẽ mát hơn đáng kể khi quay video 8K hoặc chạy các mô hình AI trực tiếp trên máy mà không sợ sụt pin nhanh.