Vi Mạch Não Sóng Vi Mô Cornell Thực Hiện Tính Toán Miền Tần Số Tốc Độ Cao

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã công bố một vi mạch silicon tích hợp mới, được thiết kế để xử lý dữ liệu bằng vật lý sóng vi mô, một thành tựu được ghi nhận trong ấn phẩm ngày 14 tháng 8 năm 2025 của tạp chí Nature Electronics.

Thiết bị này, được gọi là “bộ não sóng vi mô” (microwave brain), khác biệt cơ bản so với xử lý kỹ thuật số thông thường bằng cách hoạt động trên các tín hiệu siêu nhanh và truyền thông không dây thông qua hành vi phi tuyến và tương tự trong chế độ sóng vi mô. Kiến trúc này sử dụng các chế độ kết nối bên trong các ống dẫn sóng có thể điều chỉnh để thực hiện các phép tính miền tần số theo thời gian thực, điều cần thiết cho các tác vụ như giải mã tín hiệu vô tuyến và theo dõi mục tiêu radar. Sự đổi mới này giải quyết nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp về các phương pháp tính toán vừa nhanh hơn vừa hiệu quả năng lượng hơn đáng kể, đặc biệt cho các triển khai điện toán biên (edge computing) đang phát triển.

Thành tựu kỹ thuật cốt lõi nằm ở hiệu suất năng lượng của chip, tiêu thụ chưa đến 200 milliwatt trong khi xử lý tốc độ luồng dữ liệu ở phạm vi hàng chục gigahertz. Hồ sơ hiệu suất này trái ngược với các hệ thống kỹ thuật số đã được thiết lập, vốn thường đòi hỏi chi phí mạch đáng kể và mức tiêu thụ điện năng lớn để đạt được tốc độ xử lý tương đương. Nhóm Cornell đã tận dụng phương pháp xác suất dựa trên vật lý vốn có trong miền sóng vi mô, vượt qua các nút thắt cổ chai tính toán truyền thống.

Các nhà nghiên cứu, bao gồm sinh viên tiến sĩ Bal Govind và Maxwell Anderson, đã chứng minh rằng chip có thể thực hiện các chức năng logic cấp thấp và các tác vụ phức tạp như nhận dạng chuỗi bit với độ chính xác phân loại đạt hoặc vượt 88% trên nhiều tác vụ phân tích tín hiệu không dây. Sự tích hợp thành công của thiết kế mạng nơ-ron này vào các quy trình sản xuất CMOS tiêu chuẩn cho thấy một con đường khả thi hướng tới khả năng mở rộng thương mại rộng rãi.

Công trình này xuất phát từ các nỗ lực nghiên cứu khám phá trong khuôn khổ lớn hơn được hỗ trợ bởi Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng (DARPA) và Cơ sở Khoa học và Công nghệ NanoScale của Cornell. Một phần hỗ trợ tài chính cho dự án cũng được cung cấp bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF), nhấn mạnh tầm quan trọng chiến lược của nghiên cứu này trên các lĩnh vực quốc phòng và khoa học cơ bản.

Sự phát triển của các mạng nơ-ron sóng vi mô tích hợp biểu thị một sự thay đổi kiến trúc trong các mô hình tính toán, vượt ra ngoài logic kỹ thuật số thuần túy cho các ứng dụng tốc độ cao cụ thể. Khả năng của hệ thống dựa trên silicon này trong việc quản lý xử lý hàng chục gigahertz trong khi duy trì mức tiêu thụ điện năng tối thiểu trực tiếp giải quyết các giới hạn quan trọng mà phần cứng xử lý tín hiệu kỹ thuật số hiện đang phải đối mặt. Công trình mở ra khả năng ứng dụng rộng hơn trong các lĩnh vực đòi hỏi suy luận nhanh, tiêu thụ ít năng lượng, chẳng hạn như triển khai AI trên thiết bị (on-device AI) trên các thiết bị đeo.