Chip Quang Học Trung Quốc Đạt Tốc Độ 100 GHz Chỉ Bằng Ánh Sáng

Mới đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà khoa học tại Đại học Bắc Kinh dẫn đầu đã công bố một phát minh đột phá trong lĩnh vực công nghệ vi xử lý. Họ đã thành công trong việc phát triển một chip quang học, sử dụng ánh sáng thay vì điện để đồng bộ hóa tốc độ xử lý, với khả năng đạt tới 100 GHz. Đây là một bước tiến vượt bậc so với các chip truyền thống, thường chỉ hoạt động trong khoảng 2-3 GHz, và ngay cả những chip mạnh nhất cũng chỉ đạt tối đa 6 GHz.

Cách Thức Hoạt Động Của Chip Quang Học

Tất cả các thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng hàng ngày, từ điện thoại thông minh đến máy tính và các ứng dụng trí tuệ nhân tạo, đều cần một bộ vi xử lý (CPU) để thực hiện các tác vụ một cách nhanh chóng và hiệu quả. Bộ vi xử lý hoạt động dựa trên xung nhịp đồng hồ để đồng bộ hóa các hoạt động bên trong, và tốc độ xử lý của nó thường được đo bằng gigahertz (GHz), tức là số tỷ chu kỳ xử lý mỗi giây.

Giáo sư Chang Lin tại Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông của Đại học Bắc Kinh cho biết, các chip truyền thống thường sử dụng bộ dao động điện tử để tạo ra tín hiệu đồng hồ. Tuy nhiên, phương pháp này có nhiều hạn chế như tiêu thụ năng lượng lớn, tỏa nhiệt cao và khó khăn trong việc tăng tốc độ xung nhịp. Để khắc phục những vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng ánh sáng để truyền tải và xử lý thông tin.

Với tốc độ ánh sáng nhanh hơn nhiều so với điện, các photon có thể tạo ra tín hiệu đồng hồ với độ chính xác cao hơn. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một vòng quang học trên chip, giống như một đường đua, nơi ánh sáng di chuyển vòng quanh. Thời gian hoàn thành mỗi vòng sẽ được sử dụng làm tiêu chuẩn đo lường xung nhịp. Nhờ vào tốc độ ánh sáng, mỗi vòng chỉ mất vài phần tỷ giây, cho phép chip đạt được tốc độ xung nhịp cực cao.

Tiềm Năng Ứng Dụng Của Chip Quang Học

Một trong những hạn chế lớn của chip truyền thống là mỗi chip chỉ hoạt động ở một tần số xung nhịp cố định. Điều này dẫn đến việc các hệ thống cần đồng bộ hóa với tốc độ khác nhau phải sử dụng nhiều loại chip khác nhau, làm tăng chi phí sản xuất và vận hành. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một “microcomb trên chip”, cho phép tạo ra cả tín hiệu đơn tần số và tín hiệu băng tần rộng, cung cấp xung nhịp tham chiếu cho nhiều thành phần điện tử khác nhau trong một hệ thống. Điều này giúp sản xuất hàng loạt các chip trên một tấm wafer 8 inch (khoảng 20 cm), tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai công nghệ này.

Chip quang học có thể mang lại những thay đổi lớn trong nhiều lĩnh vực công nghệ hiện nay. Trong ngành viễn thông, chip này có khả năng nâng cao hiệu suất của mạng 5G và 6G mà không cần thay đổi phần cứng điện thoại di động, giúp người dùng trải nghiệm tốc độ mạng nhanh hơn mà không cần phải mua thiết bị mới. Trong lĩnh vực trạm thu phát sóng di động, chip quang học có thể giúp giảm chi phí thiết bị và tiết kiệm năng lượng nhờ vào khả năng xử lý nhanh hơn và hiệu suất cao hơn.

Không chỉ trong viễn thông, công nghệ này còn có thể tạo ra những đột phá lớn trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI). Việc đạt được tốc độ xử lý 100 GHz sẽ giúp tăng cường khả năng tính toán của AI trong khi vẫn tiết kiệm năng lượng hơn so với các hệ thống hiện tại. Hơn nữa, chip quang học còn có tiềm năng ứng dụng trong xe tự lái, giúp cải thiện độ chính xác và tốc độ phản ứng, từ đó nâng cao an toàn và hiệu suất vận hành của các phương tiện tự động.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Electronics, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ vi xử lý. Nếu công nghệ này được áp dụng rộng rãi, nó có thể thay đổi hoàn toàn cách chúng ta tiếp cận máy tính, viễn thông, AI và các hệ thống điều khiển thông minh.

Người viết: Anh Việt