Chip đạt tốc độ 500 Gb/giây

Chip sử dụng công nghệ Silicon-germanium do Đức phát triển đạt tốc độ 500 Gb/giây, được kỳ vọng giúp tăng hiệu suất AI, mạng và xử lý dữ liệu tốc độ cao.

Các nhà khoa học ở Đức phát triển thành công chip Silicon-germanium mới, đạt tốc độ lấy mẫu và băng thông kết hợp thuộc hàng cao nhất thế giới trong mạch theo dõi và giữ (track-and-hold) - thành phần quan trọng trong xử lý tín hiệu siêu nhanh. Công trình nghiên cứu này đến từ Viện Heinz Nixdorf thuộc Đại học Paderborn, hợp tác với Đại học RWTH Aachen, Viện Công nghệ Karlsruhe và DESY - trung tâm nghiên cứu vật lý hạt năng lượng cao lớn nhất ở Đức.

Nhóm nghiên cứu cho biết, chip mới đạt sự kết hợp cao nhất giữa tốc độ lấy mẫu và băng thông từng được chứng minh trong một mạch track-and-hold, thành phần cốt lõi trong việc chuyển đổi tín hiệu tương tự thành dữ liệu số. Nghĩa là, chip thu nhận các tín hiệu thay đổi cực nhanh và chuyển đổi chúng thành dạng kỹ thuật số để xử lý. Chức năng này được đánh giá quan trọng trong điện tử hiện đại, nơi các hệ thống cần xử lý lượng dữ liệu khổng lồ trong thời gian thực.

Một mẫu chip Silicon-germanium. Ảnh: EurekAlert

Thiết kế mới sử dụng công nghệ Silicon-germanium, cho phép tốc độ chuyển mạch nhanh hơn đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng. Các giải pháp chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số hiện nay dựa trên silicon đã hoạt động ở tốc độ cực cao. Tuy nhiên, việc cải thiện đồng thời cả băng thông và tốc độ lấy mẫu vẫn là một thách thức kỹ thuật. Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc tối ưu hóa cả hai thông số để cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Kết quả, hệ thống có thể xử lý hơn 500 gigabit mỗi giây trên một kênh đơn bằng cách "điều chế biên độ vuông góc". Trong thiết lập đa kênh, tốc độ dữ liệu có thể vượt 100 terabit/giây. Băng thông cao cho phép truyền tải nhiều dữ liệu trong thời gian ngắn hơn - yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của máy chủ, hệ thống đám mây và trung tâm dữ liệu.

"Có thể nói, hệ thống thu phát là những 'sứ giả' giữa thế giới analog và kỹ thuật số. Chúng kết hợp hai chức năng: vừa gửi dữ liệu kỹ thuật số vừa nhận dữ liệu từ bên ngoài", Maxim Weizel, đại diện nhóm nghiên cứu, nói viết trên blog Đại học Paderborn.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng gặp khó trong việc đo lường hiệu năng ở tần số cao, ngay cả những sai sót nhỏ cũng có thể gây nhiễu pha hoặc méo tín hiệu, khiến việc kiểm tra chính xác trở nên khó khăn. Để giải quyết vấn đề, nhóm dựa vào các mô phỏng tiên tiến và tài nguyên điện toán hiệu năng cao để xác thực thiết kế, cuối cùng hiệu năng của chip đủ mạnh để đẩy các hệ thống đo lường đến giới hạn của chúng.

"Trong bối cảnh tốc độ cao trở thành lợi thế cạnh tranh ở lĩnh vực AI, việc truyền tập dữ liệu lớn và giao tiếp thời gian thực đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh hơn", Weizel nói thêm.

Theo Interesting Engineering, bước tiến này có thể cải thiện cách xử lý dữ liệu trong các hệ thống truyền thông, trí tuệ nhân tạo và cơ sở hạ tầng đám mây, cũng như mạng 5G và 6G, xe tự hành và cảm biến tốc độ cao. Nó cũng cho thấy tiềm năng của vật liệu Silicon-germanium trong thế hệ chip tương lai, khi kết hợp với các loại chip silicon hiện tại.

"Khi nhu cầu xử lý dữ liệu nhanh hơn tăng lên, vật liệu lai có thể đóng vai trò trung tâm trong việc mở rộng quy mô hệ thống điện toán và truyền thông thời gian tới", trang này bình luận.

Silicon-germanium (SiGe) là hợp kim bán dẫn gồm silicon và germanium, tạo ra lớp vật liệu căng (strained-silicon) giúp tăng tốc độ di chuyển của electron, cho phép bóng bán dẫn hoạt động nhanh và hiệu quả hơn so với silicon thuần. SiGe lần đầu đưa vào ứng dụng năm 1989 bởi IBM, thường ứng dụng trong thiết bị vô tuyến (RF), mạch tín hiệu hỗn hợp và mạch tương tự tốc độ cao nhưng vẫn còn hạn chế do khó sản xuất.

Trước đó, tháng 6/2024, Viện Công nghệ Tokyo và Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia Nhật Bản cũng nghiên cứu và phát triển thành công chip thu phát sóng không dây sử dụng băng tần D theo quy trình 65 nm và công nghệ CMOS (bán dẫn oxit kim loại bổ sung silicon) có chi phí thấp. Chip cho tốc độ mỗi kênh đạt 160 Gb/giây và tổng tốc độ có thể lên đến 640 Gb/giây, nhanh hơn khoảng 100 lần so với hệ thống 5G phổ biến trên thị trường.

Bảo Lâm tổng hợp