Have we reached the limit of computer power? - Sajan Saini and George Zaidan

Translator: Nguyễn Ngọc Thảo Nguyên Reviewer: Ngọc Châu Phạm

In the Netherlands, there’s an ambitious company

Tại Hà Lan, có một công ty mang tham vọng

that builds one of the most advanced and expensive tools in the world:

chế tạo một trong những công cụ tiên tiến và đắt giá nhất thế giới:

a single unit costs hundreds of millions of dollars.

một mảnh đơn vị trị giá hàng trăm triệu đô la.

And when companies buy one,

Khi các công ty mua một mảnh,

they also need 250 engineers to install the 165-ton device

họ sẽ cần đến 250 kỹ sư để lắp đặt một thiết bị nặng 165 tấn

in a process that typically takes half a year.

với một quy trình mà thường sẽ mất cả nửa năm.

Nhưng bất chấp chi phí cao và thời gian dài ngất ngưỡng này,

But despite this steep cost in time and money,

many microchip makers desperately want one of these machines.

rất nhiều nhà sản xuất vi mạch tha thiết muốn có một trong những cái máy đó.

The hundred-million-dollar question is: why?

Câu hỏi trị giá hàng-trăm-triệu-đô là: tại sao lại như vậy?

The answer has to do with something called Moore’s Law.

Câu trả lời ắt liên quan đến một thứ gọi là định luật Moore,

First coined by Intel co-founder Gordon Moore,

được sáng tạo đầu tiên bởi nhà đồng sáng lập Intel, Gordon Moore.

this law states that every 1 to 2 years

Định luật này cho rằng mỗi một hay hai năm,

the number of transistors that can fit on a given size computer chip will double.

lượng bóng bán dẫn trong một mạch máy tính sẽ nhân đôi.

And by extension, the rough number of calculations that chip can do per second

Với sự nhân rộng ấy, số phép toán mà cái mạch ấy có thể tính mỗi giây

will also double.

cũng sẽ nhân đôi.

Now, this law isn't a physical law like gravity.

Định luật này không phải một định luật vật lý như thuyết trọng lực.

It’s just a trend Moore observed during the early 1960s.

Nó chỉ là một xu hướng mà Moore đã thấy được vào đầu những năm 60.

But chipmakers turned that trend into a goal, and in turn,

Nhưng các nhà sản xuất vi mạch đã biến điều ấy thành mục tiêu, và kết quả là,

consumers learn to expect computing progress to continue

người dùng cũng kì vọng rằng tiến trình tính toán sẽ tiếp tục hoạt động

at this exponentially fast pace.

với tốc độ nhanh theo cấp số nhân thế này.

And the amazing thing is, for six decades, it pretty much has.

Điều kinh ngạc là, suốt sáu thập kỉ, điều này khá đúng.

Thanks to Moore’s Law, chips have gotten smaller, faster,

Nhờ định luật Moore, vi mạch máy tính đã trở nên nhỏ hơn, nhanh hơn,

more efficient, and cheaper.

hiệu quả hơn và rẻ hơn.

But today, there are four key problems that trip up this trend,

Nhưng giờ đây, có 4 vấn đề chủ chốt làm xáo trộn xu hướng này,

potentially ending Moore’s Law

có thể sẽ làm chấm dứt Định luật Moore,

and fundamentally changing how we make progress in computing.

và thay đổi nền tảng của quá trình phát triển máy tính.

The first is transistor size.

Đầu tiên là kích thước bóng bán dẫn.

Transistors are basically on/off switches,

Các bóng bán dẫn căn bản là các công tắc

and these building blocks of digital computing have been shrinking

và những mảnh phần tử này của điện toán kỹ thuật số đã trở nên nhỏ dần

since the 1960s.

kể từ những năm 1960.

But recently they’ve gotten so small,

Nhưng dạo đây chúng nhỏ đến nỗi

quantum physics has begun to interfere with their functions.

vật lí lượng tử đã bắt đầu can thiệp vào các chức năng của chúng.

When a transistor’s switch, or gate, is less than 20 nanometers,

Khi các công tắc, hay các cổng, của bóng bán dẫn nhỏ hơn 20 nm,

electrons will tunnel along it continuously,

các electron sẽ liên tục chạy dọc trong đó,

turning a crisp on/off switch into a hazy dimmer.

và biến chiếc công tắc chắc chắn ấy thành một công tắc chỉnh sáng mờ mờ.

The second problem is heat.

Vấn đề thứ hai là nhiệt.

As chipmakers make components smaller and more complex,

Vì các nhà sản xuất vi mạch làm các phần tử ngày một nhỏ và tinh vi hơn,

the copper lines that run between them need to be thinner and longer.

các dây đồng nối giữa chúng cũng cần phải mỏng và dài hơn.

This increases their electrical resistance and generates high heat

Điều này làm tăng điện trở, tạo ra lượng nhiệt lớn

that impairs chip performance and can’t be easily dissipated.

làm suy giảm hiệu suất của các mạch và rất khó bị tiêu tán.

Today’s chips can already run hot enough to cook an egg,

Các vi mạch ngày nay thậm chí còn nóng đến độ có thể chiên trứng,

and temperatures are only predicted to increase without new innovations.

và nhiệt độ này được dự đoán sẽ tăng lên nếu không có những cải tiến mới.

While both these issues represent limits in the fundamental physics of chipmaking,

Dù cả hai vấn đề này cho thấy các hạn chế trong vật lý căn bản của sản xuất vi mạch,

researchers haven't stopped trying to solve them.

các nhà nghiên cứu vẫn không ngừng cố gắng giải quyết chúng.

Unfortunately, their solutions often exacerbate the third major problem:

Không may là các giải pháp của họ thường làm tệ thêm vấn đề mấu chốt thứ ba:

chipmaking’s environmental impact.

tác động của việc sản xuất vi mạch lên môi trường.

For example, swapping copper lines for ruthenium

Ví dụ, việc thay dây đồng bằng dây ruthenium

could help pack transistors more tightly and keep chips smaller—

có thể giúp nén các bóng bán dẫn chặt hơn và làm cho các vi mạch nhỏ hơn,

but that metal is far scarcer than copper

nhưng kim loại này hiếm hơn đồng nhiều

and would require new mining infrastructure.

và thường đòi hỏi cơ sở hạ tầng mới cho việc khai thác.

Similarly, the technology currently used to make today’s smallest transistors

Tương tự, công nghệ đang được dùng để chế tạo các bóng bán dẫn bé nhất hiện nay

requires huge amounts of energy and chemicals

đòi hỏi một lượng lớn năng lượng và hóa chất

called perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances,

như là các hóa chất perfluoroalkyl và polyfluoroalkyl,

là những chất có thể mất hàng nghìn năm để phân hủy trong môi trường.

which can take thousands of years to break down in the environment.

Managing these first three problems contributes to the final issue: cost.

Xử lý ba vấn đề trên góp phần tạo ra vấn đề cuối cùng: chi phí.

To keep achieving Moore’s Law,

Để tiếp tục tuân theo định luật Moore,

chipmakers have to make individual chip components smaller.

các nhà sản xuất vi mạch phải làm các phần tử của vi mạch nhỏ hơn nữa.

And this is where that costly $400 million machine comes in.

Và đây là lúc mà chiếc máy trị giá 400 triệu đô xuất hiện.

This marvel of chip-making science shoots a stream of tin droplets

Chiếc máy-làm-vi-mạch tuyệt diệu này phun ra một dòng các giọt thiếc

into a vacuum chamber before blasting them with a high-energy laser

vào buồng chân không trước khi kích nổ chúng bằng tia laser cao năng

that vaporizes the tin to create plasma.

có thể làm bay hơi thiếc để tạo ra trạng thái plasma.

In turn, the plasma emits a 13.5 nanometer wavelength of ultraviolet light

Đổi lại, trạng thái plasma toả ra 13.5 nm bước sóng tia tử ngoại

that can be used to produce incredibly small transistors.

có thể dùng để sản xuất các bóng bán dẫn siêu nhỏ.

This remarkable feat of engineering has helped chipmakers

Sự đóng góp tuyệt vời này của nền kỹ thuật đã giúp các nhà sản xuất vi mạch

keep up with Moore’s Law.

đáp ứng định luật Moore.

But as chips keep getting denser,

Nhưng khi các vi mạch này ngày càng dày đặc hơn,

intricate manufacturing plants keep getting more expensive.

các nhà máy sản xuất thiết bị tinh vi ngày càng đắt đỏ hơn.

This trend has been so consistent, it’s actually earned the nickname

Chuyện này vẫn thường xảy ra như thế, và nó thậm chí còn có biệt danh là

Moore’s Second Law.

định luật Moore đệ nhị.

Obviously, all these trajectories are unsustainable.

Rõ ràng rằng tất cả các quỹ đạo này không kéo dài lâu.

Manufacturing plants can’t keep increasing in price,

Các nhà máy sản xuất không thể cứ tăng giá lên mãi,

our ecosystems can’t endure endless mining and pollution,

hệ sinh thái của ta không thể cứ chịu đựng sự khai thác và ô nhiễm triền miên,

and the laws of physics are unlikely to change anytime soon.

và các định luật vật lý không có vẻ gì sẽ sớm thay đổi điều này.

Fortunately, Moore's Law is flexible,

May thay, định luật Moore khá linh hoạt,

and there’s no reason we can’t introduce new goals

và không lý nào chúng ta không thể đặt ra các mục tiêu mới

to keep making computing progress responsibly.

để tiếp tục phát triển kỹ thuật vi tính một cách có trách nhiệm.

Perhaps we could introduce a new Sustainability Law?

Có lẽ chúng ta sẽ đề ra một định luật Bền Vững mới?

Smaller transistors already use less material and produce less e-waste,

Các bóng bán dẫn nhỏ vẫn luôn dùng ít vật chất và tạo ra ít rác thải điện tử hơn

and advancements in electronic-photonic integration

và các cải tiến trong việc tích hợp điện-quang tử

are allowing chips to use less energy and generate less heat.

đã khiến các mạch máy sử dụng ít năng lượng và tạo ra ít nhiệt hơn.

So perhaps chips should be made twice as sustainable every several years?

Vậy, liệu các vi mạch có được nhân đôi một cách bền vững mỗi vài năm?

Whatever the answer is,

Dù câu trả lời là gì,

we make the laws, so the future is up to us.

ta là người tạo ra định luật, nên tương lai sẽ phụ thuộc vào chúng ta.