Những nghiên cứu đột phá thúc đẩy lĩnh vực vi mạch, bán dẫn bách khoa

Cuối tháng 2/2025, PGS. Nguyễn Đức Minh - Phó Hiệu trưởng Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng nhóm nghiên cứu EDABK đạt Quán quân cuộc thi Thiết kế chip quốc tế do Efabless tổ chức và Google đồng tài trợ. Đây là chip dựa trên kiến trúc AI đầu tiên tại Đại học Bách khoa Hà Nội.

Đi thi để được sản xuất chip... miễn phí

Chip AI thế hệ mới đầu tiên tại Đại học Bách khoa Hà Nội là một sản phẩm gần đây của PGS. Nguyễn Đức Minh. PGS. Minh cùng nhóm nghiên cứu EDABK, thuộc phòng thí nghiệm BKIC (Phòng thí nghiệm về Thiết kế Vi mạch và Hệ thống nhúng) nghiên cứu thiết kế một chip phỏng tạo hoạt động của bộ não con người. Chip được thiết kế dựa trên kiến trúc Mạng nơ-ron gai (Spike Neural Networks - SNN) - một kiến trúc ra đời từ năm 1997, có khả năng tiêu thụ ít điện năng, khiến chúng phù hợp với các thiết bị chạy bằng pin và điện toán biên. Thêm nữa, kiến trúc SNN của chip này cho phép thời gian xử lý nhanh, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tính thời gian thực. Ngoài ra, việc sử dụng kiến trúc SNN cho con chip cũng tăng khả năng mô phỏng các quá trình thần kinh sinh học tốt hơn.

Hiện chip dựa trên kiến trúc AI (gọi tắt là chip AI) có thể phỏng tạo được 32 neuron cứng và 1.000 khớp nối thần kinh cứng. Sau đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục viết lập trình để chip có thể phỏng tạo thêm 1.000 neuron mềm và 65.000 khớp nối thần kinh mềm.

Những con chip với thiết kế nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng (chỉ 1 mW), có thể hoạt động lâu dài mà không cần nguồn cung cấp lớn. Chip AI thường được gắn trên các thiết bị đeo tay như thiết bị đo nhịp tim để phát hiện người dùng bị rối loạn nhịp tim, cảnh báo đột quỵ. Bên cạnh đó, chip này có thể nhận dạng các kiểu viết tay, từ đó có thể ứng dụng để để nhận diện chữ viết tay với độ chính xác 96%.

Nhóm nghiên cứu đã tận dụng trí tuệ nhân tạo để hỗ trợ thiết kế chip, giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế, rút ngắn thời gian phát triển từ ý tưởng đến sản phẩm hoàn thiện chỉ trong 12 ngày. Tuy nhiên, để đạt được thành quả này, nhóm đã có nhiều năm nghiên cứu nền tảng, bắt đầu từ năm 2019.
 

Nghiên cứu này đã mang về cho nhóm của PGS. Nguyễn Đức Minh giải Nhất cuộc thi Thiết kế chip quốc tế do Efabless tổ chức và Google đồng tài trợ. Với đặc quyền của nhà vô địch, nhóm được sản xuất miễn phí chip AI theo thiết kế của nhóm.

Thắng giải chỉ là bước đệm cho hướng nghiên cứu tiếp sau của nhóm PGS. Nguyễn Đức Minh. EDABK tiếp tục tìm kiếm những ứng dụng để đưa sản phẩm vào thực tế. Bên cạnh đó, nhóm mong muốn phát triển sản phẩm có thể phỏng tạo nhiều neuron hơn, phỏng tạo chức năng lớn hơn của não với độ chính xác cao hơn.

Chia sẻ về thách thức lớn nhất khi nghiên cứu chip AI này, PGS. Minh thẳng thắn: “Khó nhất là chúng tôi không có tiền!” Nhà khoa học Bách khoa giải thích: “Vấn đề tài chính đã giới hạn sự tiếp cận của chúng tôi với những công nghệ hiện đại của thế giới. Chúng tôi không thể truy cập vào thư viện thiết kế PDK mà chỉ có thể sử dụng toàn bộ nền tảng mở.” Vậy nên, việc tham gia và giành giải Nhất cuộc thi Thiết kế chip quốc tế là chìa khoá để giúp các nhà khoa học Bách khoa Hà Nội có cơ hội chế tạo một con chip... miễn phí.

Hướng tới làm chủ toàn bộ quy trình sản xuất LED thế hệ mới

Ngoài Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội có những đơn vị khác cũng nghiên cứu về vi mạch, bán dẫn ở những khâu khác của ngành công nghiệp bán dẫn. Điển hình, nhóm nghiên cứu của PGS. Đào Xuân Việt, Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội có công trình “Nghiên cứu và phát triển công nghệ LED chuyên dụng cho nông nghiệp và chiếu sáng vì sức khỏe con người”.

Trong bối cảnh công nghệ bán dẫn phát triển mạnh mẽ trên thế giới nói chung và tại Đại học Bách khoa Hà Nội nói riêng, nhóm nghiên cứu do PGS. Đào Xuân Việt dẫn dắt đang ghi dấu ấn với các công trình nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ LED. Các công trình này có định hướng xuyên suốt từ phát triển vật liệu huỳnh quang, công nghệ đóng gói LED tiên tiến đến hợp tác chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp.

Nhóm tập trung phát triển vật liệu phát quang chuyên dụng nhằm chế tạo và đóng gói các loại LED ứng dụng trong hai lĩnh vực: Nông nghiệp công nghệ cao và chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (Human Centric Lighting).
  Phát triển thiết bị đèn LED nông nghiệp, nhóm đã đề xuất và chế tạo thành công các dòng LED đỏ - đỏ xa, LED tím - đỏ,... Đặc biệt, nhóm nghiên cứu của PGS. Việt là đơn vị đầu tiên phát triển dòng LED tím - đỏ có khả năng phát xạ đồng thời ánh sáng tím và ánh sáng đỏ (khác biệt so với các thế hệ LED trước đây chỉ phát xạ ánh sáng đỏ và đỏ xa), áp dụng trong nông nghiệp, nhằm chiếu sáng kích thích hoa ra trái vụ, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và chủ động mùa vụ cho người nông dân.

Trong lĩnh vực chiếu sáng lấy con người làm trung tâm, nhóm nghiên cứu đã tính toán tối ưu phổ phát xạ để chế tạo LED có khả năng kích thích sinh học ức chế melatonin (một loại hormone gây buồn ngủ), hỗ trợ điều hòa nhịp sinh học tự nhiên, giúp con người tỉnh táo, tập trung hoàn thành nhiệm vụ với hiệu quả và năng suất cao. Đặc biệt, nhóm đã đề xuất và đóng gói thành công các dòng LED phát xạ ánh sáng cyan (xanh lục lam), LED trắng ít thành phần ánh sáng xanh (low-blue LED light),... hướng tới một hệ sinh thái chiếu sáng thân thiện hơn với sức khỏe con người.

Trên nền tảng kinh nghiệm vững chắc về công nghệ đóng gói LED chuyên dụng, nhóm nghiên cứu đang từng bước mở rộng sang các công đoạn chuyên sâu hơn như nghiên cứu vật liệu bán dẫn và phát triển chip LED. Việc làm này đảm bảo tính đồng bộ và kết nối chặt chẽ giữa nghiên cứu và công nghệ hiện có. Đây là bước tiến quan trọng hướng tới mục tiêu làm chủ toàn bộ quy trình sản xuất LED thế hệ mới.
 

Quyết định số 1017/QĐ-TTg ngày 21/9/2024 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chương trình “Phát triển nguồn nhân lực ngành công nghiệp bán dẫn đến năm 2030, định hướng đến năm 2050” đặt mục tiêu chung đến năm 2030, Việt Nam sẽ đào tạo và phát triển lực lượng nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực công nghiệp bán dẫn. Chương trình tập trung vào các khâu như thiết kế vi mạch bán dẫn, đóng gói và kiểm thử, đồng thời từng bước tiếp cận và làm chủ công nghệ sản xuất bán dẫn. Đại học Bách khoa Hà Nội đã và đang đẩy mạnh các chương trình đào tạo trong toàn chuỗi bán dẫn là: Thiết kế chip, chế tạo bán dẫn, đóng gói kiểm thử ở bậc cử nhân, kỹ sư chuyên sâu và sau đại học. Năm 2023, Đại học Bách khoa Hà Nội mở chuyên ngành Thiết kế vi mạch trong ngành đào tạo Kỹ thuật Điện tử Viễn thông và ngành Kỹ thuật vi điện tử và Công nghệ Nano.