Chip silicon-germanium đạt 500 Gbps, mở đường cho trung tâm dữ liệu và mạng 6G

Hình ảnh minh họa Chip silicon-germanium do Đại học Rice chế tạo. Ảnh: Jeff Fitlow/Đại học Rice

Chip silicon-germanium xác lập tổ hợp băng thông và tốc độ lấy mẫu cao nhất thế giới

Viện Heinz Nixdorf thuộc Đại học Paderborn, Đức, vừa công bố kết quả nghiên cứu trong khuôn khổ dự án PACE với con chip silicon-germanium đạt tổ hợp tốc độ lấy mẫu và băng thông cao nhất từng được chứng minh trong một mạch theo dõi và giữ. Đây là thành phần cốt lõi trong quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dữ liệu số ở tốc độ cực cao.

Mạch theo dõi và giữ thu nhận các tín hiệu thay đổi liên tục với tốc độ cực nhanh rồi chuyển sang dạng số để hệ thống xử lý. Chức năng này đặc biệt quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại khi lượng dữ liệu cần xử lý theo thời gian thực ngày càng lớn.

Hơn 500 Gbps trên một kênh, vượt 100 Tbps trong cấu hình đa kênh

Nhóm nghiên cứu báo cáo hệ thống xử lý hơn 500 gigabit mỗi giây trên một kênh đơn khi sử dụng điều chế biên độ vuông góc. Trong cấu hình đa kênh, tốc độ dữ liệu vượt 100 terabit mỗi giây, đạt mức phù hợp cho các mạng truyền thông đường dài.

Thiết kế sử dụng vật liệu silicon-germanium cho phép tốc độ chuyển mạch nhanh hơn, đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng so với các giải pháp trước đó. Hai yếu tố này kết hợp tạo ra lợi thế rõ ràng cho các ứng dụng như mạng 5G, 6G, xe tự hành và cảm biến tốc độ cao.

Thách thức đo lường ở tần số cực cao

Nhóm nghiên cứu gặp khó khăn lớn khi kiểm tra hiệu năng chip ở tần số cao. Ngay cả sai lệch nhỏ cũng gây ra nhiễu pha hoặc méo tín hiệu, làm cho việc xác thực kết quả trở nên phức tạp.

Maxim Weizel, cộng tác viên nghiên cứu thuộc dự án, cho biết: "Chúng tôi làm việc với tần số cực cao, điều này đòi hỏi độ chính xác cực cao. Ngay cả những sai lệch nhỏ nhất cũng gây ra hiện tượng phản xạ nhiễu loạn, hay còn gọi là nhiễu pha."

Nhóm sử dụng các mô phỏng tiên tiến và hệ thống điện toán hiệu năng cao để xác thực thiết kế, vì hiệu năng thực tế của chip đã đẩy các thiết bị đo lường hiện có đến giới hạn hoạt động.

Silicon-germanium và vai trò trong điện toán thế hệ tiếp theo

Vật liệu silicon-germanium kết hợp khả năng chế tạo quen thuộc của silicon với đặc tính dẫn điện tốt hơn, tạo ra lợi thế kép cho các chip thế hệ mới. Băng thông cao hơn cho phép truyền nhiều dữ liệu hơn trong thời gian ngắn hơn, tác động trực tiếp đến hiệu suất máy chủ, hệ thống điện toán đám mây và trung tâm dữ liệu.

Weizel nhấn mạnh: "Đặc biệt trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo, tốc độ cao trở thành lợi thế cạnh tranh. Các tập dữ liệu lớn và giao tiếp thời gian thực đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh hơn."

Dự án có sự tham gia của Đại học RWTH Aachen, Viện Công nghệ Karlsruhe và DESY. Kết quả được công bố trong ấn phẩm truy cập mở mang tên "Hệ thống tích hợp điện tử-quang tử cho xử lý tín hiệu siêu nhanh".

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng