Chủ nhật, 21/6/2026, 00:00 (GMT+7)
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc gặt hái nhiều thành tựu trong sản xuất và ứng dụng kim cương nhân tạo cỡ lớn để làm mát chip, hứa hẹn định hình lại ngành công nghiệp bán dẫn và AI.
Trong cuộc đua trí tuệ nhân tạo (AI) toàn cầu, Trung Quốc đang dẫn đầu về sản xuất kim cương tổng hợp siêu lớn, vật liệu quan trọng giúp phân tán nhiệt từ chất bán dẫn. Khi hiệu suất chip ngày càng bị hạn chế bởi thách thức vật lý liên quan tới nhiệt lượng, một loạt đột phá trong phát triển kim cương đơn tinh thể lớn hứa hẹn mang lại cho Trung Quốc lợi thế khi sản xuất phần cứng AI thế hệ mới.
Theo South China Morning Post, nhà nghiên cứu Zhu Jiaqi và đồng nghiệp ở Trường Hàng không Vũ trụ thuộc Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân (HIT) phát triển công nghệ có thể sản xuất kim cương đơn tinh thể có độ tinh khiết cao với bất kỳ hình dạng và kích thước nào từ trang sức tới tấm wafer. Nhóm nghiên cứu sử dụng lắng đọng hơi hóa học plasma vi sóng (MPCVD) để tạo ra các nguyên tử carbon trong môi trường siêu sạch, sau đó xếp từng lớp lên tinh thể hạt kim cương.
Trong khi HIT cung cấp nhiều công nghệ cốt lõi, tinh chỉnh kỹ thuật phát triển MPCVD và tăng kích thước tinh thể, đội kỹ sư của Tập đoàn Sinomach giải quyết một trong những thách thức dai dẳng nhất trong ngành là cong vênh wafer (hiện tượng tấm đĩa bán dẫn bị biến dạng, cong queo hoặc không phẳng hoàn toàn trong quá trình chế tạo hoặc xử lý). Theo Science and Technology Daily, thông qua tối ưu hóa công thức bột và điều kiện vòng nén, họ giảm biến dạng ở bộ tản nhiệt kim cương xuống mức vi mô, cho phép tích hợp chính xác với thiết bị bán dẫn.
Công ty Công nghệ vật liệu mới Nam Kinh Realway giải quyết một trở ngại lớn khác là liên kết kim cương với đồng. Do độ tương thích hóa học kém, hai vật liệu này rất khó bám dính trong tự nhiên. Bằng cách phát triển kỹ thuật hợp kim và mạ kim loại chuyên dụng, công ty giảm 80% điện trở nhiệt tại bề mặt tiếp xúc giữa kim cương và đồng. Công ty Công nghệ vật liệu lõi carbon Hà Nam đã góp phần thương mại hóa công nghệ này, biến nguyên mẫu phòng thí nghiệm thành các sản phẩm quản lý nhiệt sản xuất hàng loạt.
Trong khi kim cương tổng hợp thông thường chỉ rộng vài milimet, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tăng kích thước tinh thể lên 15,2 cm và gần đây là hơn 20 cm. Công ty Huanghe Whirlwind ở tỉnh Hà Nam đang sản xuất các bộ tản nhiệt kim cương đường kính khoảng 20,3 cm, chỉ nhỏ hơn quả bóng rổ một chút (24 cm). Bộ tản nhiệt này được thiết kế để đặt trực tiếp bên trên vùng nóng nhất của chip. Đối với bộ xử lý AI chứa hàng tỷ bóng bán dẫn gói gọn trong diện tích ngày càng nhỏ, quản lý hiệu quả nhiệt lượng đang trở thành yêu cầu tất yếu.
Nhà máy sản xuất kim cương nhân tạo của Huanghe Whirlwind ở Hà Nam, Trung Quốc. Ảnh: Huanghe Whirlwind
Ngành công nghiệp AI đang đối mặt với thách thức xử lý nhiệt lượng khi tiêu thụ điện tăng lên do bộ tăng tốc thế hệ mới và các cụm máy tính dày đặc. Bộ tản nhiệt đồng thông thường đang tiến gần đến giới hạn vật lý. Độ dẫn nhiệt của đồng vào khoảng 400 watt trên mét - độ C trong khi kim cương có thể vượt quá 2.000 watt trên mét - độ C, cao gấp 5 lần. Theo Bloomberg, sự bùng nổ của AI khiến nhu cầu kim cương nhân tạo tăng cao khi chúng trở thành vật liệu làm mát hiệu quả trong sản xuất chip tiên tiến, cho phép chế tạo chip AI mạnh mẽ và nhỏ gọn hơn. Đây là lựa chọn thay thế vượt trội so với các giải pháp truyền thống như đồng hoặc nhôm. Bộ tản nhiệt kim cương cũng có đặc tính giãn nở nhiệt tương thích với gallium nitride (GaN) và silicon carbide (SiC), giảm áp lực cơ học.
Công ty SF Diamond ở Trịnh Châu, tỉnh Hà Nam bắt đầu giao bộ tản nhiệt kim cương theo lô nhỏ sau khi vượt qua thử nghiệm của khách hàng nước ngoài. Công ty Kim cương Henan Liliang cũng tiết lộ họ đã bắt đầu sản xuất giai đoạn đầu trong dự án bộ tản nhiệt công suất cao.
Tại Triển lãm Điện tử Tiêu dùng đầu tháng 1, Nvidia thông báo sẽ loại bỏ các phương pháp làm mát truyền thống cho thế hệ GPU tiếp theo của công ty. Thay vào đó, họ sẽ chuyển sang hệ thống quản lý nhiệt dựa trên vật liệu composite kim cương - đồng kết hợp làm mát bằng chất lỏng để đáp ứng nhu cầu năng lượng và nước ngày càng tăng của AI.
An Khang tổng hợp
