Samsung đưa máy tính lượng tử vào sản xuất chip

Samsung đang nghiên cứu ứng dụng máy tính lượng tử và trí tuệ nhân tạo (AI) để mô phỏng, tối ưu hóa một trong những công đoạn quan trọng nhất trong sản xuất bán dẫn – quá trình quang khắc (photolithography). Động thái này được xem là nỗ lực của tập đoàn Hàn Quốc nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh trong cuộc đua công nghệ chip tiên tiến với đối thủ hàng đầu thế giới là TSMC.

Theo truyền thông Hàn Quốc, Samsung SDS – công ty công nghệ thông tin thuộc Samsung Group – đang phát triển một công nghệ mô phỏng quy trình quang khắc dựa trên thuật toán lượng tử. Công nghệ này nhằm tạo ra môi trường ảo để mô phỏng quá trình tạo hình mạch điện trên wafer, từ đó giúp các kỹ sư rút ngắn thời gian thử nghiệm, giảm chi phí nghiên cứu và cải thiện hiệu suất sản xuất chip.

SAMSUNG PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN LƯỢNG TỬ, TỐI ƯU HÓA QUANG KHẮC CHIP

Trong quy trình chế tạo bán dẫn, quang khắc được xem là bước nền tảng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Ở giai đoạn này, các máy quang khắc chuyên dụng sẽ chiếu ánh sáng lên bề mặt wafer để tạo ra bản thiết kế của các mạch điện siêu nhỏ trước khi tiến hành khắc và hoàn thiện chip.

Với những tiến trình sản xuất tiên tiến hiện nay, các nhà sản xuất phải sử dụng hệ thống máy quang khắc cực tím (EUV) do hãng công nghệ Hà Lan ASML phát triển. Đây là loại thiết bị có giá trị hàng trăm triệu USD, đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất các dòng chip có mật độ bóng bán dẫn cao.

Do quang khắc ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn, tăng mật độ tích hợp và nâng cao tỷ lệ chip đạt chuẩn trên mỗi wafer (yield), các công ty bán dẫn lớn đang liên tục đầu tư vào công nghệ mô phỏng và tối ưu hóa quy trình này.

Theo Seoul Economic Daily, Samsung SDS đã phát triển một số thuật toán sử dụng máy tính lượng tử nhằm cải thiện khả năng mô phỏng quang khắc. Công nghệ này được kỳ vọng giúp Samsung dự đoán chính xác hơn các vấn đề phát sinh trong quá trình sản xuất, từ đó điều chỉnh thiết kế trước khi đưa vào sản xuất thực tế.

Điểm đáng chú ý là hệ thống mới không chỉ dựa hoàn toàn vào máy tính lượng tử. Samsung SDS đang kết hợp giữa máy tính lượng tử và máy tính truyền thống, trong đó máy tính lượng tử đảm nhận các phép tính phức tạp ở quy mô lớn, còn hệ thống máy tính thông thường xử lý dữ liệu đầu ra.

Cách tiếp cận kết hợp này được xem là phù hợp với giai đoạn hiện nay, khi máy tính lượng tử vẫn đang trong quá trình hoàn thiện và chưa thể thay thế hoàn toàn các hệ thống tính toán truyền thống.

Nhân viên Samsung Electronics kiểm tra bên trong phòng sạch tại nhà máy của công ty ở Hwaseong, tỉnh Gyeonggi. Ảnh: Samsung Electronics

Samsung SDS cho biết đã hoàn thiện một phần thuật toán và đang chuẩn bị tiến hành thử nghiệm mô hình chứng minh khả năng hoạt động (proof of concept - POC). Nếu kết quả khả quan, công nghệ này sẽ được chuyển giao cho Samsung Electronics – đơn vị sản xuất chip chủ lực của tập đoàn – để ứng dụng vào quá trình phát triển và tối ưu hóa tiến trình bán dẫn.

AI TRỞ THÀNH CÔNG CỤ MỚI TRONG CUỘC CẠNH TRANH CHIP TIÊN TIẾN

Bên cạnh máy tính lượng tử, Samsung cũng đang tận dụng AI để nâng cao hiệu quả trong quy trình chế tạo bán dẫn. Trong mô hình mới, AI được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi có thể phát sinh trong quá trình mô phỏng, giúp tăng độ chính xác của các phép tính và giảm rủi ro trong sản xuất.

Theo kế hoạch, sau khi hoàn thành bước mô phỏng bằng công nghệ lượng tử, AI sẽ phân tích dữ liệu thu được để nhận diện các sai lệch trong quá trình tạo mẫu mạch. Những thông tin này có thể giúp kỹ sư nhanh chóng điều chỉnh thông số thiết kế trước khi tiến hành sản xuất hàng loạt.

Việc đưa AI vào sản xuất chip đang trở thành xu hướng chung của ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu. Các nhà sản xuất lớn đang sử dụng AI để tối ưu hóa thiết kế chip, quản lý dây chuyền sản xuất, dự đoán lỗi và cải thiện tỷ lệ thành phẩm.

Đối thủ của Samsung là TSMC cũng đang đẩy mạnh ứng dụng AI trong hoạt động sản xuất. Hãng đúc chip lớn nhất thế giới đã hợp tác với Nvidia để khai thác các công nghệ AI nhằm hỗ trợ phát triển tiến trình sản xuất mới, nâng cao hiệu quả vận hành các nhà máy bán dẫn.

Đối với Samsung, việc kết hợp giữa AI, điện toán lượng tử và các phương pháp mô phỏng truyền thống được kỳ vọng tạo ra lợi thế trong cuộc cạnh tranh về công nghệ sản xuất chip thế hệ mới.

Trong nhiều năm qua, Samsung Electronics đã xây dựng năng lực nghiên cứu mô phỏng quy trình bán dẫn thông qua Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Bán dẫn (Semiconductor R&D Center). Trung tâm này phân chia các nhóm nghiên cứu theo từng loại sản phẩm và từng công đoạn sản xuất nhằm tìm kiếm các phương pháp tối ưu hóa riêng cho mỗi dòng chip.

Nếu thành công, công nghệ mô phỏng quang khắc bằng máy tính lượng tử có thể giúp Samsung giảm đáng kể thời gian phát triển tiến trình mới, đồng thời cải thiện khả năng kiểm soát các công đoạn phức tạp trong sản xuất chip.

Samsung hiện chưa có kế hoạch thương mại hóa công nghệ này dưới dạng một phần mềm độc lập. Thay vào đó, tập đoàn dự kiến sử dụng nội bộ để hỗ trợ hoạt động sản xuất chip. Nếu được triển khai thành công, đây có thể trở thành một công cụ quan trọng giúp Samsung nâng cao năng lực trong cuộc đua với TSMC ở những tiến trình bán dẫn tiên tiến nhất.