Ngày 23/12/1947, ba ông kỹ sư Bardeen, Brattain và Shockley tại Bell Labs ở New Jersey làm được một thứ nghe rất bình thường: dùng hai mảnh vàng ép lên một miếng germanium mỏng, rồi phát hiện ra rằng tín hiệu điện đi vào bị khuếch đại gần trăm lần khi đi ra. Cái thứ kỳ dị đó to gần bằng ngón tay cái, trông giống đồ chơi trẻ con hơn là phát minh của thế kỷ. Họ gọi nó là transistor.
Bardeen, Brattain và Shockley sau này được Nobel Vật lý năm 1956. Còn cái transistor đó, sau 79 năm vừa được IBM thu nhỏ xuống còn 0,7 nanomet, tức 7 angstrom - đơn vị đo kích thước nguyên tử, phân tử và bước sóng ánh sáng - tức cùng độ lớn với vài nguyên tử silicon. Và trên một diện tích bằng cái móng tay, người ta nhét vào đó 100 tỷ con transistor như vậy.
Từ kích thước đầu tiên năm 1947 đến transistor của IBM năm 2026, tỷ lệ nhỏ đi khoảng một triệu lần. 0,7 nanomet, còn nhỏ hơn con vi khuẩn.
7 thập niên qua, kích thước transistor giảm đi 1 triệu lần. Nguồn:memorial/bellsystem
Một trong những điều điên rồ nhất trong lịch sử kỹ thuật
Năm 1965, một kỹ sư của Fairchild Semiconductor tên Gordon Moore ngồi viết bài cho tạp chí Electronics. Ông quan sát thấy một xu hướng kỳ lạ là số transistor nhồi được lên một con chip cứ tăng gấp đôi đều đặn mỗi năm kể từ khi tích hợp điện tử ra đời. Ông đoán cái đà này sẽ tiếp tục ít nhất thêm 10 năm nữa.
Mười năm sau, năm 1975, ông nhìn lại số liệu mới và... sửa dự đoán: gấp đôi mỗi hai năm, không phải mỗi năm như ban đầu. Nghe có vẻ chậm hơn, nhưng thực ra tăng trưởng gấp đôi mỗi 2 năm duy trì trong 60 năm là một trong những điều điên rồ nhất trong lịch sử kỹ thuật.
Quan sát đó được đặt tên là "Định luật Moore". Nhưng Moore không phải là định luật khoa học, không phải hiện tượng tự nhiên mà gần giống một lời tiên tri tự ứng nghiệm hơn, vì giới công nghệ tin nó đúng, nên mọi người đầu tư để làm nó đúng, nên nó trở thành đúng.
Trong 50 năm tiếp theo, số transistor trên chip tăng gấp đôi gần như mỗi hai năm - đúng như Moore đã dự đoán. Từ vài chục transistor trên chip đầu tiên, đến vài triệu trong thập niên 1990, vài tỷ trong 2010... và giờ là 100 tỷ trong diện tích móng tay vào năm 2026.
Có thể ví von là, nếu ngành ô tô tăng trưởng theo tốc độ đó, một chiếc xe ngày nay sẽ chạy hàng triệu km chỉ với một lít xăng, với giá... dưới 1 đô la.
Đến khoảng những năm 2010, mọi thứ bắt đầu đi theo hướng khó lường hết sức. Transistor thu nhỏ đến mức chỉ còn vài chục nguyên tử bề dày, và cơ học lượng tử bắt đầu nhảy vào phá đám. Vấn đề là ở kích thước nhỏ như vậy, electron không còn ngoan ngoãn đi theo mấy ông kỹ sư vi mạch chỉ nữa. Nó "xuyên hầm" (quantum tunneling) - tức là nó nhảy qua hàng rào điện áp như thể hàng rào đó không tồn tại. Transistor rò điện, chip nóng, điện tiêu tốn vô ích và đây là một trong những lý do chip ngày càng khó kiểm soát điện năng, dù chip bên trong chỉ to bằng móng tay.
Kỹ sư chip gần như đã cạn ý tưởng với hướng đi "thu nhỏ theo chiều ngang". Nhiều người loan báo định luật Moore sắp chết. Bài báo viết cáo phó cho định luật Moore nhiều hơn cả bài báo về định luật Moore còn sống.
Bước ngoặt của IBM và giới hạn vật lý trên silicon
Ngày 25/6/2026, đúng một ngày trước khi Việt Nam ra mắt Trung tâm Quốc gia hỗ trợ sản xuất tử chip, hãng IBM công bố công nghệ nghiên cứu dưới ngưỡng 1nm - lần đầu tiên trong lịch sử loài người phá vỡ ngưỡng này. Chip sub-1nm mới của IBM tích hợp gần 100 tỷ transistor trên một con chip có kích thước bằng móng tay, mật độ gần gấp đôi so với chip 2nm mà IBM ra mắt năm 2021.
Bí quyết không phải là thu nhỏ hơn nữa theo chiều ngang. Bí quyết là xây lên. Thay vì chỉ thu nhỏ transistor theo hai chiều, IBM chuyển trọng tâm từ chỉ thu nhỏ transistor sang kết hợp nhiều tầng transistor được chế tạo tuần tự theo chiều dọc (3D sequential integration - và dùng vật liệu khác nhau ở mỗi tầng để tối ưu độc lập hiệu năng và tiêu thụ điện của từng transistor. IBM gọi kiến trúc này là "nanostack". Rất khó về mặt công nghệ, nhưng diễn giải nôm na là kỹ sư chip học được từ... thợ xây nhà cao tầng, hết đất theo chiều ngang thì xây thêm tầng. So sánh với chip 2nm hiện tại, IBM tuyên bố hiệu năng tăng 50% hoặc tiết kiệm điện 70%.
IBM công bố chip nhỏ hơn một nanomet đầu tiên trên thế giới. Ảnh:IBM
Nhưng có một lưu ý rằng khái niệm "0,7nm" là tên marketing và không tương ứng với bất kỳ kích thước vật lý nào trên chip. Khoảng cách thực giữa các transistor đã gần như dừng lại ở khoảng 40nm trong suốt một thời gian dài. Tên node bây giờ chỉ là tên thế hệ công nghệ, không phải thước đo. Nhưng con số mật độ 100 tỷ transistor trên móng tay thì là thật, đo được, và gây ấn tượng tuyệt đối.
Nếu mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch, Rapidus kỳ vọng những công nghệ kế thừa này sẽ dần tiến tới thương mại hóa vào đầu thập niên 2030 (Rapidus của Nhật đã license công nghệ IBM và đang chạy thử wafer 2nm tại Hokkaido, với hoàn thiện thiết kế để tape-out sản phẩm đầu cuối 2026 và tăng dần sản lượng sản xuất qua 2027).
Và đến đây, cho phép tôi đưa ra một chút dự đoán cá nhân dựa trên những gì mình tai nghe mắt thấy, được đọc và được học.
Silicon đã đụng trần? Chưa hẳn, nhưng đang tiệm cận. IBM kỳ vọng kiến trúc nanostack có thể hỗ trợ ít nhất thêm một thập kỷ nữa. Tức là đến khoảng 2035-2036 là câu chuyện silicon truyền thống sẽ thực sự đụng tường vật lý.
Tới hạn vật lý rồi sẽ tới tính toán lượng tử?
Tới hạn vật lý rồi thì sau con chip trên silicon sẽ là gì để tăng năng lực tính toán? Có lẽ không phải một transistor nhỏ hơn nữa, mà là một cách tính toán hoàn toàn khác - tính toán lượng tử (Quantum computing). Sau khi đọc nhiều về Quantum computing, tôi nghĩ có thể trong tương lai Quantum computing mang tới một kiểu tính toán hoàn toàn khác, thay vì dùng bit như máy tính hiện nay (mỗi bit chỉ biểu diễn thông tin ở một trong hai trạng thái 0 hoặc 1), nó sử dụng qubit - đơn vị thông tin lượng tử có thể tồn tại trong trạng thái chồng chập của cả 0 và 1 cùng lúc. Nhưng vấn đề hiện tại là qubit cực kỳ nhạy cảm với nhiễu - giống như cố đo nhiệt độ phòng bằng nhiệt kế mà bản thân nhiệt kế bị ảnh hưởng bởi từng hơi thở của người đứng gần. Vấn đề này gọi là "lỗi lượng tử" (quantum error), và đây là lý do quantum computer vẫn còn trong phòng lab, chưa ra thực chiến thương mại.
Tuy nhiên, tháng 3/2026, Quantinuum công bố tính toán lượng tử trên 94 logical qubit - được tạo bằng cách mã hóa thông tin lên nhiều qubitđể có thể phát hiện và sửa lỗi liên tục- được bảo vệ lỗi, với tỷ lệ lỗi khoảng 1 lỗi trên 10.000 phép tính - thấp hơn đáng kể so với phần cứng gốc. IBM thì đang chạy theo lộ trình (được đặt tên theo tên các loại chim): Loon (2025), Kookaburra (2026), Cockatoo (2027), rồi đến Starling - con chim đích cuối. Năm 2029, Starling dự kiến có khả năng chạy 100 triệu phép toán lượng tử cơ bản trên 200 logical qubit. Và đến 2033, Blue Jay được lên kế hoạch với 1 tỷ gates trên 2.000 qubit.
Dựa vào đó, tôi đoán thế này: từ 2030 đến 2035, quantum computing sẽ bắt đầu có ưu thế thực sự ở một số bài toán cực kỳ cụ thể - mô phỏng phân tử cho thuốc, tối ưu logistics chuỗi cung ứng, và bẻ khóa mật mã RSA (nếu có đủ logical qubit và triển khai được thuật toán short ở quy mô lớn - cái này thì các chính phủ lo lắm rồi). Không phải thay thế chip silicon - mà là đảm nhận những bài toán mà silicon, dù có 100 tỷ transistor trên móng tay, vẫn không giải được trong thời gian hữu hạn của vũ trụ.
Còn silicon truyền thống? Vẫn sẽ chạy trong điện thoại, vẫn xử lý AI chatbot, vẫn điều khiển xe tự lái. Quantum không "giết" silicon, giống như máy bay không "giết" ô tô vậy. Chúng làm những việc khác nhau.
Vĩ thanh: và Việt Nam đang ở đâu trong dòng công nghệ này?
Ngày 25/6/2026, IBM công bố chip 0,7nm. Ngày 26/6/2026, Việt Nam ra mắt Trung tâm MPW quốc gia - phục vụ chủ yếu node 180nm, tức gấp hơn 250 lần về kích thước so với IBM. Chênh lệch đó đọc thô ra thì nghe... nản. Nhưng thực ra không phải vậy. Đài Loan năm 1987 cũng bắt đầu ở node 3 micron - tức 3.000nm, cách IBM hôm nay... hơn bốn nghìn lần. Tất nhiên không đời nào theo kịp ngay. Nhưng các nhà quản lý, các kỹ sư Đài Loan tuần tự, kiên định bắt đầu, xác định đúng phân khúc, xây đúng hạ tầng, đào tạo đúng người, và kiên trì đúng hướng.
Chúng ta không tham gia cuộc chơi "thu nhỏ transistor". Cái trò chơi mà chúng ta cần theo đuổi là "xây đủ năng lực kỹ sư để sau này tham gia vào chuỗi giá trị của những công nghệ đang được xây hôm nay" - bao gồm cả quantum, bao gồm cả AI chip, bao gồm cả quang tử (photonics).
Gordon Moore viết cái bài năm 1965 không phải vì ông chắc chắn biết trước tương lai. Ông chỉ nhìn vào thực tế và gửi gắm một lời tiên tri đủ dùng sau 80 năm. Ngày John Bardeen và Walter Brattain đặt hai mũi tiếp xúc vàng lên một mảnh germanium, họ không nghĩ mình đang mở đầu cho thời đại điện toán cá nhân, Internet hay AI, họ lúc đó chỉ đang cố giải quyết một bài toán vật lý nhỏ. Không ai nhìn thấy hết tương lai cả, lịch sử công nghệ nhiều khi không được tạo ra bởi những người nhìn thấy toàn bộ tương lai phía trước, mà bởi những người đủ kiên định.
Tôi hi vọng, rất nhiều hi vọng, Việt Nam hôm nay cũng đang ở đúng giai đoạn ấy.