Đột phá công nghệ truyền dẫn chip: Đài Loan phát triển thành công bộ thu phát PAM-4

Dưới sự hỗ trợ của Hội đồng Khoa học và Công nghệ Quốc gia Đài Loan, một nhóm nghiên cứu của Đài Loan đã đạt bước đột phá trong công nghệ truyền dẫn chip khi phát triển thành công bộ thu phát “Điều chế biên độ xung bốn mức” (PAM-4). Kết hợp với mô-đun quang học đồng đóng gói (CPO), công nghệ này cho phép tốc độ truyền dẫn lên tới 100Gb/s trên mỗi kênh, mở ra khả năng thay thế các mô-đun cắm rời truyền thống trong trung tâm dữ liệu, đồng thời nâng cao tốc độ truyền tải và giảm tiêu thụ điện năng của hệ thống.

Theo Hội đồng Khoa học và Công nghệ Quốc gia Đài Loan, trước nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghệ, thiết kế chip đang đối mặt với nhiều thách thức chưa từng có. Với sự hỗ trợ từ chương trình “Nghiên cứu và phát triển thiết kế chip công nghệ mới trọng điểm”, nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Thanh Hoa và Trung tâm Nghiên cứu Bán dẫn Đài Loan đã phát triển thành công bộ thu phát PAM-4 tiên tiến.

Công nghệ PAM-4 hoạt động bằng cách nâng số mức biên độ tín hiệu từ 2 mức truyền thống lên 4 mức khác nhau, qua đó tăng lượng dữ liệu có thể truyền tải trên cùng một tín hiệu và cải thiện tốc độ truyền dẫn. Tuy nhiên, việc giải mã chính xác bốn mức tín hiệu này khiến kiến trúc bộ thu trở nên phức tạp hơn đáng kể. Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một bộ thu PAM-4 mới với ý tưởng cốt lõi là tận dụng bộ chuyển đổi tương tự – số có độ phân giải thấp nhằm thực hiện lấy mẫu và giải điều chế dữ liệu tốc độ cao hiệu quả hơn.

Hội đồng cho biết công nghệ này giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng tổng thể. Trong khi nhiều công ty chip tốc độ cao quốc tế phải sử dụng quy trình sản xuất dưới 7 nanomet để đạt hiệu suất truyền dẫn 100Gb/s, nhóm nghiên cứu Đài Loan có thể đạt hiệu năng tương đương với quy trình 28 nanomet. Ngoài ra, chip còn được tích hợp nhiều cơ chế tự hiệu chỉnh để duy trì hiệu suất ổn định trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau cũng như sai số phát sinh trong quá trình sản xuất hàng loạt.

Bên cạnh bộ thu phát PAM-4, nhóm nghiên cứu còn phát triển mô-đun CPO dựa trên chip truyền dẫn điện 100Gb/s, kết hợp với các linh kiện chuyển đổi quang điện tốc độ cao trên nền silicon photonics thông qua công nghệ đóng gói tích hợp dị thể.

Theo giới nghiên cứu, công nghệ silicon photonics sử dụng chip silicon để chế tạo các linh kiện quang học, cho phép tín hiệu ánh sáng được truyền và xử lý trực tiếp trên chip. So với các mô-đun quang học cắm rời truyền thống, mô-đun CPO có mức độ tích hợp cao hơn, giúp rút ngắn khoảng cách truyền tín hiệu trong hệ thống, tăng băng thông và giảm tiêu hao năng lượng.

Nhóm nghiên cứu Đài Loan cũng đã phát triển bộ điều biến vi vòng silicon (Micro-Ring Modulator – MRM) đạt tốc độ chuyển đổi điện – quang 100Gbps, đồng thời tích hợp bộ dò quang tốc độ cao có băng thông vượt 50GHz.

Các công nghệ cốt lõi trong dự án này hiện đã được cấp 6 bằng sáng chế phát minh tại Mỹ và 8 bằng sáng chế phát minh tại Đài Loan. Ngoài ra, dự án còn thúc đẩy nhiều chương trình hợp tác giữa trường đại học và doanh nghiệp, với mục tiêu đưa công nghệ vào ứng dụng công nghiệp thực tế và thúc đẩy sự phát triển của Đài Loan trong lĩnh vực chip bán dẫn tiên tiến.