Con chip này đạt tốc độ 500 Gb/giây.

Các nhà khoa học Đức vừa phát triển thành công chip silicon-germanium (SiGe) đạt tốc độ kỷ lục 500 Gb/giây trên mỗi kênh, đóng vai trò then chốt trong việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số siêu nhanh. Nhờ tối ưu hóa đồng thời băng thông và tốc độ lấy mẫu, chip này không chỉ xử lý dữ liệu thời gian thực hiệu quả hơn mà còn tiết kiệm năng lượng đáng kể so với các giải pháp silicon truyền thống. Đột phá này được kỳ vọng sẽ tạo bước ngoặt cho hạ tầng AI, mạng 6G, trung tâm dữ liệu và các hệ thống xe tự lái trong tương lai.

Con chip này, sử dụng công nghệ silicon-germanium do Đức phát triển, đạt tốc độ 500 Gb/giây và được kỳ vọng sẽ thúc đẩy hiệu năng trí tuệ nhân tạo, mạng lưới và xử lý dữ liệu tốc độ cao.

Các nhà khoa học tại Đức đã phát triển thành công một loại chip silicon-germanium mới đạt được một số tốc độ lấy mẫu và băng thông kết hợp cao nhất thế giới trong các mạch theo dõi và giữ tín hiệu – một thành phần quan trọng trong xử lý tín hiệu siêu nhanh. 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 của Đức.

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

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 điện năng. Các giải pháp chuyển đổi tương tự sang số dựa trên silicon hiện nay 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.

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

Quảng cáo

"Có thể nói rằng các hệ thống thu phát là 'người đưa tin' giữa thế giới tương tự và thế giới kỹ thuật số. Chúng kết hợp hai chức năng: gửi dữ liệu kỹ thuật số và nhận dữ liệu từ bên ngoài," Maxim Weizel, một đại diện của nhóm nghiên cứu, viết trên blog của Đại học Paderborn.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng gặp khó khăn trong việc đo 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 này, nhóm nghiên cứu đã dựa vào các mô phỏng tiên tiến và tài nguyên điện toán hiệu năng cao để xác thực thiết kế, cuối cùng tạo ra một con chip có hiệu năng đủ để đẩy các hệ thống đo lường đến giới hạn của chúng.

"Trong bối cảnh tốc độ đang trở thành lợi thế cạnh tranh trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo, việc truyền tải các 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 đột phá 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 chứng minh tiềm năng của vật liệu silicon-germanium trong thế hệ chip tiếp theo, khi được kết hợp với các 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 trong tương lai," trang web nhận xét.

Silicon-germanium (SiGe) là một hợp kim bán dẫn bao gồm silicon và germanium, tạo ra một lớp silicon chịu ứng suất giúp tăng tốc độ electron, cho phép các transistor hoạt động nhanh hơn và hiệu quả hơn so với silicon nguyên chất. SiGe được IBM giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1989, thường được sử dụng trong các thiết bị tần số vô tuyến (RF), mạch tín hiệu hỗn hợp và mạch tương tự tốc độ cao, nhưng ứng dụng của nó vẫn còn hạn chế do khó khăn trong sản xuất.

Trước đó, vào tháng 6 năm 2024, Viện Công nghệ Tokyo và Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia Nhật Bản đã nghiên cứu và phát triển thành công chip thu phát không dây giá rẻ sử dụng băng tần D với quy trình 65 nm và công nghệ CMOS (bán dẫn oxit kim loại tăng cường silicon). Chip này đạt tốc độ 160 Gb/giây mỗi kênh và tốc độ tổng cộng lên đến 640 Gb/giây, nhanh hơn khoảng 100 lần so với các hệ thống 5G thông thường trên thị trường.