Huyết mạch của sức mạnh tính toán AI đã được Trung Quốc nắm giữ?

[Mr Bens]

Sau khi chính sách hạn chế xuất khẩu đất hiếm được ban hành, các quy định mới liên quan đến kim cương tổng hợp cũng chuẩn bị có hiệu lực. Điều này đồng nghĩa trong tương lai, nhiều quốc gia không chỉ phải tìm nguồn đất hiếm mà còn phải ưu tiên cả việc mua kim cương nếu muốn tạo ra bước đột phá trong lĩnh vực AI. Sức mạnh tính toán, trung tâm của cuộc đua AI, đang phụ thuộc ngày càng nhiều vào kim cương trong ngành công nghiệp chip.

Dù đã mất dần sức hút trong ngành trang sức, kim cương tổng hợp lại trở thành vật liệu cốt lõi của công nghiệp hiện đại. Ba đặc tính quan trọng gồm độ cứng cao, khoảng cách dải rộng và khả năng dẫn nhiệt vượt trội đã đưa kim cương trở thành vật liệu không thể thay thế trong quá trình đánh bóng, quang khắc và tản nhiệt chip.

Một viên kim cương tự nhiên 1 carat chất lượng cao có giá hơn 100000 CNY (khoảng 340 triệu VNĐ), trong khi kim cương tổng hợp loại tinh khiết dùng cho trang sức chỉ khoảng 1000 CNY (khoảng 3,4 triệu VNĐ). Hiện Trung Quốc sản xuất hơn 95 phần trăm kim cương công nghiệp và một nửa kim cương nhân tạo toàn cầu, chủ yếu tại tỉnh Hà Nam. Riêng huyện Chiết Thành sản xuất tới 6 tỷ carat kim cương đơn tinh thể mỗi năm, được gọi là nhà máy kim cương của thế giới. Những khối kim cương tưởng chừng bình thường ấy lại chính là vật liệu quan trọng của thời đại AI.

Ứng dụng kim cương trong sản xuất chip​

Đánh bóng là bước không thể thiếu trong chế tạo chip, yêu cầu độ chính xác đến mức nguyên tử. Nếu vật liệu đánh bóng không đủ cứng, bột mài sinh ra có thể xâm nhập vào bề mặt chip, khiến sản phẩm bị hỏng. Kim cương, vật liệu tự nhiên cứng nhất, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu này.

Trong quang khắc, vật liệu cần có khoảng cách dải rộng để tăng độ ổn định và khả năng chống bức xạ. Máy in thạch bản dùng tia cực tím năng lượng cao để tạo mạch trên wafer. Cửa sổ quang học phải chịu được bức xạ mạnh trong nhiều năm mà không biến dạng. Kim cương, nhờ liên kết nguyên tử bền chắc, trở thành lựa chọn lý tưởng.

Khả năng tản nhiệt của kim cương và giới hạn của chip AI hiện nay​

Kim cương sở hữu độ dẫn nhiệt cao nhất tự nhiên với mức 2200, trong khi silicon chỉ khoảng 150 và silicon carbide khoảng 500. Ở các trung tâm dữ liệu AI, một nửa chi phí điện năng dành cho làm mát. Nếu có thể chế tạo bóng bán dẫn bằng kim cương, hiệu suất chip sẽ cải thiện đáng kể, giúp thu hẹp khoảng cách đến mục tiêu trí tuệ nhân tạo tổng quát.

Tuy nhiên, kim cương dùng cho chip vẫn chưa phổ biến vì khó sản xuất và chi phí cao. Kim cương trang sức giảm giá mạnh nhưng tiêu chuẩn của kim cương dùng làm chip cực kỳ khắt khe, yêu cầu cấu trúc nguyên tử hoàn hảo. Công nghệ CVD tạo kim cương bằng cách lắng đọng từng lớp với tốc độ chỉ 1 đến 2 micromet mỗi giờ, cần hơn 40 ngày để tạo tinh thể dày 2 mm nên chi phí rất lớn.

Một tấm wafer silicon 12 inch có giá khoảng 150 USD (khoảng 3,8 triệu VNĐ), còn wafer kim cương 2 inch của một công ty Nhật có giá tới 48000 USD (khoảng 1,21 tỷ VNĐ), chênh lệch hơn một trăm lần.

Cuộc cạnh tranh chiếm lĩnh vật liệu kim cương​

Dù giá cao, chip kim cương vẫn được xem là hướng phát triển quan trọng của các hãng AI. Một công ty đã thử nghiệm GPU tản nhiệt bằng kim cương với Diamond Foundry, hãng có sự đầu tư của Leonardo DiCaprio. Trung Quốc, quốc gia dẫn đầu ngành kim cương tổng hợp, cũng tham gia cuộc đua. Tháng 11 năm 2023, Huawei và Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân đã nộp bằng sáng chế liên quan đến công nghệ chip kim cương.

Tốc độ phát triển của chip kim cương trong vài năm tới có thể vượt xa dự đoán. Với năng lực sản xuất kim cương tổng hợp lớn nhất thế giới, mọi động thái của Trung Quốc đều ảnh hưởng đến ngành. Quốc gia nào vượt qua rào cản công nghệ và nắm được năng lực sản xuất sẽ giữ lợi thế lớn trong kỷ nguyên điện toán mới. Việc kiểm soát xuất khẩu vật liệu siêu cứng không chỉ nhằm quản lý tài nguyên mà còn tạo nền móng cho vị thế công nghệ tương lai. Kim cương đang trở thành át chủ bài trong cuộc cạnh tranh sức mạnh AI, và Trung Quốc giữ vai trò then chốt. (Sohu)