Mới đây, bốn nhà khoa học Việt Nam vừa được Cơ quan Sáng chế và Nhãn hiệu Mỹ (USPTO) trao bằng sáng chế cho công nghệ chế tạo cấu trúc linh kiện trở nhớ (memristor) trên nền tảng vật liệu oxit crom (CrOₓ).

Các tác giả gồm PGS.TS Phạm Kim Ngọc và ThS Phạm Phú Quân (trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM), GS.TS Phan Bách Thắng (trường Đại học Khoa học sức khỏe, ĐHQG TP.HCM) và PGS.TS Nguyễn Trần Thuật (Viện Bán dẫn và Vật liệu tiên tiến, ĐHQG Hà Nội).

Nhóm tác giả được trao bằng sáng chế cho công nghệ chế tạo memristor trên nền tảng vật liệu oxit crom (CrOₓ). (Ảnh: ĐHQG TP.HCM)

Theo PGS.TS Phạm Kim Ngọc - Trưởng Bộ môn Vật liệu Nano và Màng mỏng, Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM chia sẻ và cho biết, phần lớn hệ thống AI hiện nay vẫn hoạt động trên kiến trúc Von Neumann, trong đó bộ xử lý và bộ nhớ được tách rời. Mỗi phép tính đều yêu cầu dữ liệu liên tục di chuyển giữa hai bộ phận này, tạo ra hiện tượng được gọi là “nút thắt Von Neumann”.

Khi các mô hình AI ngày càng lớn, việc truyền dữ liệu tiêu tốn nhiều năng lượng và thời gian hơn cả quá trình tính toán. Đó cũng là lý do các hướng nghiên cứu như điện toán trong bộ nhớ (In-memory Computing) và điện toán thần kinh (Neuromorphic Computing) đang trở thành xu hướng phát triển phần cứng AI trên thế giới.

Trong đó, nhóm nghiên cứu theo đuổi hướng kiến trúc dựa trên linh kiện trở nhớ (memristor-based in-memory computing). Trong kiến trúc này, mỗi ô nhớ không chỉ lưu trữ dữ liệu mà còn tham gia trực tiếp vào quá trình tính toán.

Thay vì phải liên tục chuyển dữ liệu qua lại giữa bộ nhớ và bộ xử lý như chip truyền thống, memristor cho phép thực hiện phép tính ngay trong bộ nhớ. Nhờ đó, chip có thể giảm đáng kể số lượng transistor và các khối mạch xử lý số, đồng thời tận dụng khả năng xử lý song song quy mô lớn.

Nói cách khác, mỗi ô nhớ không chỉ làm nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu mà còn trực tiếp tham gia vào quá trình tính toán. Khi được bố trí thành các ma trận memristor, chúng có thể thực hiện phép nhân ma trận - vector ngay trong phần cứng, thay vì liên tục truyền dữ liệu giữa bộ nhớ và bộ xử lý. Đây là phép tính cốt lõi trong nhiều mô hình AI hiện nay.

Các nhà khoa học lựa chọn phát triển linh kiện trên nền vật liệu oxit crom vô định hình (CrOₓ). (Ảnh: Ngọc Duy)

Khác với phần lớn nghiên cứu memristor trên thế giới hiện nay tập trung vào các hệ vật liệu như oxit titan (TiO₂), oxit hafni (HfO₂) hay oxit tantali (TaOₓ), nhóm nghiên cứu Việt Nam lựa chọn phát triển linh kiện trên nền vật liệu oxit crom vô định hình (CrOₓ).

“Trong nghiên cứu vật liệu, chúng tôi luôn tin rằng những đột phá thường không đến từ việc tiếp tục tối ưu một hệ vật liệu đã được nghiên cứu rất kỹ, mà đến từ việc đặt câu hỏi với những hệ vật liệu còn nhiều điều chưa được khám phá”, PGS.TS Phạm Kim Ngọc nói.

Theo bà, điều khiến nhóm chọn CrOₓ là vật liệu này còn rất ít được khai thác cho memristor, trong khi về lý thuyết lại có nhiều đặc tính phù hợp. CrOₓ có khả năng tồn tại nhiều trạng thái oxy hóa và dễ hình thành các khuyết oxy - những yếu tố giúp tạo ra quá trình chuyển đổi điện trở ổn định, nền tảng để mô phỏng cách các khớp thần kinh sinh học xử lý thông tin.

“Việc được cấp bằng sáng chế tại Hoa Kỳ là một cột mốc quan trọng, nhưng chưa phải đích đến cuối cùng của nghiên cứu. Về lâu dài, chúng tôi kỳ vọng những kết quả này sẽ góp phần hình thành các công nghệ lõi trong lĩnh vực phần cứng AI và bán dẫn tại Việt Nam, thay vì chỉ dừng lại ở nghiên cứu vật liệu hay linh kiện đơn lẻ”, bà khẳng định.

Khi AI ngày càng hiện diện trên điện thoại, robot, xe tự hành hay các thiết bị IoT, nhu cầu về những con chip xử lý nhanh nhưng tiết kiệm điện năng cũng tăng lên. Memristor vì thế được xem là một trong những hướng nghiên cứu nhiều triển vọng. Việc được USPTO cấp bằng sáng chế cho thấy các nhà khoa học Việt đang từng bước tham gia vào cuộc đua phát triển công nghệ nền tảng cho AI và bán dẫn.

Vtcnews.vn