Dorew
KỶ NGUYÊN MỚI: CHẾ TẠO THÀNH CÔNG CHIP QUANG - ĐIỆN TỬ ĐẦU TIÊN TRÊN THẾ GIỚI
Dẫn nhập: Trong nhiều thập kỷ, giới hạn về tốc độ và nhiệt độ của chip silicon truyền thống đã trở thành "bức tường" ngăn cản sự phát triển của siêu máy tính. Giờ đây, một bước đột phá đã xuất hiện: Sự kết hợp hoàn hảo giữa điện tử và quang học trên cùng một tấm wafer, hứa hẹn thay đổi diện mạo ngành công nghệ mãi mãi.
I. CUỘC CHIẾN CHỐNG LẠI NHIỆT ĐỘ VÀ BĂNG THÔNG
Trong máy tính thông thường, dữ liệu di chuyển qua các dây dẫn đồng dưới dạng tín hiệu điện. Quá trình này gặp hai trở ngại lớn:
- ⋆ Giới hạn băng thông: Tốc độ truyền tải bị bó hẹp bởi tính chất vật lý của dây dẫn.
- ⋆ Tỏa nhiệt cực lớn: Việc đẩy tín hiệu điện qua dây đồng sinh ra nhiệt năng khổng lồ, làm giảm hiệu suất.
II. ĐỘT PHÁ CÔNG NGHỆ: TẤT CẢ TRONG MỘT (SINGLE-CHIP)
Trước đây, các nhà khoa học thường phải dùng hai chip riêng biệt (một xử lý điện, một xử lý quang) vì công nghệ quang học vốn không tương thích với quy trình sản xuất CMOS chuẩn. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu này đã tạo nên một cột mốc lịch sử:
- ⋆ Tích hợp CMOS hoàn hảo: Chip mới được sản xuất bằng quy trình chuẩn, nghĩa là các nhà máy hiện nay có thể sản xuất ngay mà không cần thay đổi dây chuyền.
- ⋆ Kiến trúc RISC-V: Chip sử dụng kiến trúc mã nguồn mở hiện đại, đủ sức chạy từ các văn bản chuẩn đến các chương trình đồ họa 3D phức tạp.
- ⋆ Mật độ linh kiện: Con chip chứa tới 70 triệu bóng bán dẫn điện tử và 850 linh kiện quang tử.
III. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHIP QUANG - ĐIỆN TỬ
Điểm khác biệt lớn nhất chính là hệ thống xử lý ánh sáng ngay trên mặt chip:
- ⋆ Nguồn Laser: Sử dụng bước sóng 1180nm có khả năng xuyên qua silicon.
- ⋆ Ống dẫn sóng Silicon: Đóng vai trò như các "đường cao tốc" hướng ánh sáng đến vị trí mong muốn.
- ⋆ Hợp kim Silicon – Germanium: Đóng vai trò bộ tách sóng, biến các hạt photon (ánh sáng) thành xung điện để chip xử lý.
- ⋆ Hệ thống phản hồi nhiệt độ: Một bộ cấp nhiệt điện trở sẽ tự động điều chỉnh nhiệt độ để giữ cho cường độ sáng luôn ổn định, bất kể khối lượng dữ liệu nặng hay nhẹ.
IV. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ TƯƠNG LAI
Thông số ấn tượng:
- ⋆ Băng thông tổng hợp đạt 5 Gb/giây (tương đương tốc độ bộ nhớ điện thoại cao cấp hiện nay).
- ⋆ Khả năng vận hành: Chip đã chạy thành công từ chương trình đơn giản "Hello World" đến render hình ảnh ấm trà 3D phức tạp qua bus quang học.
Tầm nhìn sắp tới: Dù băng thông hiện tại vẫn cần cải thiện thêm để đạt đến tiềm năng thực sự của ánh sáng, nhưng nghiên cứu này đã chứng minh rằng: Việc kết nối các thành phần bên trong máy tính bằng ánh sáng thay cho dây đồng không còn là chuyện viễn tưởng. Đây chính là viên gạch đầu tiên xây dựng nên những siêu máy tính chạy bằng tốc độ ánh sáng trong tương lai gần.
Nguồn: Tổng hợp tin tức Khoa học & Công nghệ
