Nhật Bản phát triển chip 6G siêu nhỏ cho điện thoại thông minh

Các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Tokyo cùng Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia Nhật Bản cho biết vừa hoàn thành một phát minh có thể thay đổi hoàn toàn cách chúng ta sử dụng điện thoại thông minh. Mô-đun thu phát tần số 150 GHz này chỉ có kích thước 8,4 mm x 20 mm, nhỏ hơn một đồng xu, nhưng mang lại tốc độ truyền dữ liệu lên tới 56 tỷ bit mỗi giây.

Con số này có ý nghĩa gì? Nếu mạng 5G hiện tại cho tốc độ khoảng 5-6 tỷ bit mỗi giây, thì công nghệ mới này nhanh gấp gần 10 lần. Người dùng có thể tải xuống một bộ phim chất lượng cao trong vài giây, hoặc trải nghiệm thực tế ảo với độ rõ nét vượt xa mọi công nghệ hiện tại.

Mô-đun thu phát mảng 8 phần tử siêu nhỏ gọn 142-164 GHz cho ứng dụng 6G. Nguồn: isct.ac.jp

GS. Kenichi Okada, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu, giải thích rằng việc sử dụng tần số 150 GHz mang lại băng thông rộng cần thiết cho tốc độ cao, nhưng cũng đặt ra những thử thách kỹ thuật cực lớn. Sóng radio ở tần số này bị suy hao mạnh trong không khí và gặp khó khăn trong việc chế tạo các linh kiện như khuếch đại và công tắc.

Trước đây, các thiết bị hoạt động ở tần số này thường có kích thước lớn và tiêu thụ nhiều điện năng, phù hợp chỉ với trạm gốc hoặc thiết bị viễn thông cố định. Việc tích hợp vào điện thoại thông minh hay thiết bị nhỏ gọn khác vẫn là bài toán hóc búa.

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra giải pháp thông qua ba cải tiến kỹ thuật quan trọng. Đầu tiên, họ phát triển bộ dịch pha ba tầng khóa đồng bộ, loại bỏ nhu cầu sử dụng bộ đệm dao động địa phương thường chiếm nhiều diện tích và tiêu thụ điện năng lớn.

Thứ hai, họ tạo ra bộ trộn tín hiệu hai chiều đặc biệt, hoạt động ở một nửa tần số dao động địa phương và triệt tiêu hiệu quả rò rỉ dao động. Thiết kế này vừa có thể phát vừa có thể thu trong không gian cực nhỏ.

Thứ ba, họ tích hợp công tắc ăng-ten trực tiếp vào mạng phối hợp khuếch đại, khéo léo loại bỏ các vấn đề về điện dung ký sinh thường gặp trong thiết kế truyền thống. Cách tiếp cận tích hợp này giảm thiểu tổn hao tín hiệu và cho phép chia sẻ các thành phần khuếch đại công suất giữa chế độ phát và thu.

Thiết kế thu phát nhỏ gọn đổi mới cho ứng dụng 6G. Nguồn: isct.ac.jp

Kết quả thử nghiệm cho thấy mô-đun tám phần tử này đạt những chỉ số ấn tượng. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa 56 tỷ bit mỗi giây, công suất bức xạ hiệu dụng kỷ lục 25,7 dBm và hiệu suất năng lượng đặc biệt cao với mức tiêu thụ chỉ 150 mW mỗi phần tử ở chế độ phát.

"So với các bộ thu phát mảng pha truyền thống được thiết kế cho 6G, mô-đun này đạt mật độ công suất rất cao, phù hợp cho cả trạm gốc và ứng dụng thiết bị đầu cuối nhỏ gọn, tiết kiệm điện", GS. Okada nhận định.

Samsung giành 2 ghế lãnh đạo 3GPP cho cuộc đua 6G

Công nghệ này có thể mang lại những trải nghiệm hoàn toàn mới. Người dùng có thể tận hưởng thực tế ảo và thực tế mở rộng với độ chân thực hoàn toàn mới ngay trên thiết bị di động. Trong y tế, các bác sĩ có thể sử dụng công nghệ này trong phòng mổ để có hình ảnh và dữ liệu thời gian thực với độ chính xác cao.

GS. Okada cho biết: "Trong khi các mô-đun truyền thống sử dụng băng tần sóng milimet chỉ có tốc độ truyền dữ liệu tối đa vài tỷ bit mỗi giây, mô-đun băng rộng 150 GHz mới này cho phép truyền thông không dây dung lượng cao hàng chục tỷ bit mỗi giây trong thiết bị di động".

Nghiên cứu được Bộ Nội vụ và Truyền thông Nhật Bản hỗ trợ và đã được trình bày tại Hội nghị quốc tế danh giá về Công nghệ và Mạch VLSI năm 2025 tại Kyoto, Nhật Bản từ ngày 8/6/2025 vừa qua.

Nghiên cứu này thiết lập nền tảng quan trọng hướng tới việc hiện thực hóa toàn bộ tiềm năng của 6G trong các thiết bị di động hàng ngày và thiết bị công nghiệp tinh vi. Các nhà sản xuất điện thoại thông minh và thiết bị điện tử tiêu dùng đang theo dõi sát sao phát triển này để chuẩn bị cho làn sóng công nghệ tiếp theo.

Với kích thước siêu nhỏ gọn và hiệu suất vượt trội, công nghệ này có thể sớm xuất hiện trong thế hệ điện thoại thông minh tiếp theo, mang đến cho người tiêu dùng những trải nghiệm kết nối vượt xa hiện tại.

Phát triển công nghệ 6G: Xây dựng chiến lược và lộ trình Mạng 6G được dự báo sẽ tạo ra sự thay đổi toàn diện công nghệ viễn thông trong tương lai, với tốc độ nhanh gấp ...

Ấn Độ lấy ý kiến phân bổ tần số thấp hơn 6GHz và băng tần E, V Cơ quan quản lý viễn thông Ấn Độ (TRAI) công bố tài liệu tham vấn về phân bổ phổ tần vi sóng trong các băng ...

Việt Nam sẽ thử nghiệm 6G năm 2030 Bộ Khoa học và Công nghệ vừa ban hành kế hoạch phát triển hạ tầng số giai đoạn 2025-2030. Việt Nam đặt mục tiêu số ...

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng