Untitled 31 Soá 8 naêm 2018 khoa học công nghệ và đổi mới sáng tạo SOTB Công nghệ giàu tiềm năng Hiện nay, các thiết bị di động đang được sử dụng rất rộng rãi Theo số liệu thống kê của Cisco, cho đến[.]
khoa học - công nghệ đổi sáng tạo vi Mạch Số công Suất thấp “Made in vietnaM” Sự bùng nổ cách mạng công nghiệp lần thứ khiến số lượng thiết bị Internet vạn vật (IoT) gia tăng nhanh chóng Cisco dự đốn đến năm 2020, số lượng thiết bị IoT đạt số 26 tỷ Thực tế đòi hỏi vi mạch phải có cơng suất tiêu thụ thấp để tiết kiệm lượng kéo dài thời gian hoạt động thiết bị Nhằm hỗ trợ cho ngành công nghiệp vi mạch non trẻ Việt Nam, Dự án Đẩy mạnh đổi sáng tạo thông qua nghiên cứu, khoa học công nghệ (FIRST) hỗ trợ nhà khoa học thuộc Phịng thí nghiệm Xử lý tín hiệu số Hệ thống nhúng - DESLAB (Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh) thực Dự án “Kỹ thuật thiết kế vi mạch công suất thấp, công nghệ ứng dụng” TS Lê Đức Hùng làm chủ nhiệm Kết ban đầu thu khả quan SOTB - Công nghệ giàu tiềm Hiện nay, thiết bị di động sử dụng rộng rãi Theo số liệu thống kê Cisco, hết năm 2017 có khoảng tỷ thiết bị di động kết nối internet (điện thoại di động, tablet, máy tính xách tay ) với bùng nổ cách mạng công nghiệp lần thứ 4, dự báo thiết bị IoT gia tăng nhanh chóng, đạt số 26 tỷ vào năm 2020 Sự phát triển thiết bị IoT dẫn đến u cầu vi mạch phải có cơng suất tiêu thụ thấp* * Công suất tiêu thụ mạch điện đóng vai trị quan trọng thiết bị điện tử Nó ảnh hưởng đến thời gian hoạt động công suất tiêu thụ thiết bị để tiết kiệm lượng kéo dài thời gian hoạt động thiết bị Công nghệ SOTB (Silicon on Thin BOX) - dạng linh kiện SOI (Silicon-on-Insulator) - coi “chìa khóa” giúp giải vấn đề Hiện nay, không hãng công nghệ lớn Sony, Samsung, NXP đầu tư nghiên cứu SOI, mà Trung Quốc đặt kỳ vọng lớn vào cơng nghệ Trung Quốc có chương trình đầu tư 100 tỷ USD với tham vọng thống lĩnh cơng nghiệp vi mạch vịng 10 năm tới, phần lớn ngân sách dành cho chuyển giao công nghệ SOI SOTB loại linh kiện FD-SOI (Fully Depleted Silicon- on-Insulator) MOSFET, sử dụng lớp ơ-xít chơn (Burried Oxide - BOX) siêu mỏng lớp silicon tích cực Trong linh kiện SOTB, điện phân cực thân áp vào lớp BOX mỏng Hình mặt cắt ngang cấu trúc linh kiện SOTB Cấu trúc linh kiện SOI không chịu ảnh hưởng nhiều hiệu ứng kênh hẹp cho phép thiết kế hoạt động nhiều ngưỡng điện thế, lý nồng độ pha tạp cao lớp lớp BOX mỏng Ngoài ra, transistor nội khối cho hoạt động ngõ I/O điện cao tích hợp dễ dàng cách loại bỏ lớp BOX mỏng Lớp cách ly có ưu điểm loại bỏ điện dung ký sinh quy trình CMOS nội khối (Bulk Số năm 2018 31 Khoa học - Cơng nghệ đổi sáng tạo CMOS) Điều cho phép mạch điện linh kiện SOTB hoạt động với điện thấp, giảm cơng suất tiêu thụ hệ thống làm tăng tốc độ Hơn nữa, công nghệ SOTB cho phép thiết kế có mật độ cao đáng tin cậy hình mặt cắt cấu trúc linh kiện công nghệ SoTb Nguồn: Renesas Electronics Ưu điểm công nghệ SOTB điện dung mối nối thấp, dịng rỉ thấp, khơng có tượng latchup, độ nhạy theo biến thiên nhiệt độ thấp, điện môi cách ly hồn tồn hình cơng suất (cS) tiêu tán với nguồn cổng logic dùng linh kiện Soi cmoS Hình cho thấy tiêu thụ công suất cổng logic CMOS so với điện nguồn 32 dùng công nghệ Bulk CMOS công nghệ SOI Công suất tiêu thụ bao gồm công suất động công suất tĩnh Công suất tĩnh công suất tiêu tán trình standby gây dịng rỉ (IoffVDD) Trong đó, cơng suất động cơng suất tiêu thụ q trình hoạt động chuyển mạch, phụ thuộc vào tần số xung clock, điện dung tải, điện ) Do lớp cung cấp ( fCLVDD cách ly ơ-xít, nên điện dung ký sinh cực nguồn/máng thấp, dẫn đến công suất động thấp Do đặc tính ngưỡng tốt, dịng rỉ linh kiện SOTB nhỏ so với Bulk CMOS Vì vậy, công suất tiêu thụ tổng cộng mạch điện dùng công nghệ SOTB nhỏ nhiều so với mạch điện dùng công nghệ Bulk CMOS Một kỹ thuật sử dụng hiệu phương pháp bulk truyền thống kỹ thuật back-bias (cấp điện Vbb) Kỹ thuật cho phép nhà thiết kế cấp điện (âm dương tùy tình huống) vào chip (Vbb), dẫn đến điều khiển gia giảm Vth, khiến cho giá trị Vth trở nên linh hoạt phù hợp với nhiều ứng dụng khác Kỹ thuật công cụ mạnh sử dụng để gia tăng hiệu suất chip chống lại tác động nhiệt độ chống lại tượng Vth biến đổi Tuy nhiên, ngày kỹ thuật khơng cịn sử dụng phương pháp thiết kế bulk truyền thống Lý áp điện Vbb dẫn đến tăng dòng rỉ nguồn/máng vào chip Với kích thước chip nhỏ Số năm 2018 tại, dịng rỉ kỹ thuật backbias Vbb gây không đủ để bù cho tác động tích cực mà mang lại Tuy nhiên, với kỹ thuật SOTB này, tượng dòng rỉ nguồn/máng vào bị loại bỏ gần triệt để nhờ vào lớp đệm BOX ngăn cách transistor Như vậy, kỹ thuật back-bias Vbb ứng dụng phương pháp thiết kế SOTB mà không gây tượng xấu đáng kể kèm Chip sử dụng vi mạch thiết kế SOTB dùng ứng dụng IoT hệ thống giám sát rò rỉ nước qua đường ống, bãi đỗ xe thông minh, đèn đường thông minh, giám sát ô nhiễm khơng khí… kết hợp với mạng LoRaWan (mạng diện rộng công suất thấp dành cho thiết bị IoT) cách hữu hiệu để triển khai giải pháp thành phố thông minh Thành bước đầu Dự án Nền công nghiệp vi mạch Việt Nam Nhà nước đầu tư để trở thành mũi nhọn công nghệ quốc gia Một số chip giới thiệu, nhiên chip chưa tối ưu hiệu suất cơng suất tiêu thụ Vì vậy, nghiên cứu ứng dụng SOTB mục tiêu nhà khoa học Việt Nam Được hỗ trợ FIRST, nhà khoa học thuộc Phịng thí nghiệm Xử lý tín hiệu số Hệ thống nhúng - DESLAB (Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học khoa học - công nghệ đổi sáng tạo Quốc gia TP Hồ Chí Minh) triển khai thực Dự án “Kỹ thuật thiết kế vi mạch công suất thấp, công nghệ ứng dụng” Mục tiêu Dự án mời chuyên gia giỏi Nhật Bản chuyển giao công nghệ kỹ thuật thiết kế vi mạch công suất thấp SOTB 65 nm; xây dựng quy trình kỹ thuật thiết kế vi mạch số công suất thấp, nghiên cứu thực cơng nghệ SOTB 65 nm; góp phần thiết kế chip “made in Vietnam” có cơng suất tiêu thụ thấp, giúp tăng hiệu sử dụng, tiết kiệm lượng có tác động tích cực gián tiếp đến môi trường Các phương pháp thiết kế công suất thấp chạy tự động để tăng hiệu quả, tiện lợi dễ sử dụng Dự án Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh), Trường Đại học Điện tử - Truyền thông UEC (Tokyo, Nhật Bản) phối hợp thực hiện, TS Lê Đức Hùng chủ nhiệm SOTB công nghệ Công ty Renesas Electronics (Nhật Bản) giữ quyền sản xuất Dự án công nghệ SOTB nghiên cứu phát triển công ty Renesas, Hitachi trường đại học Nhật Bản từ 2011 đến 2014 Trong đó, TS Lê Đức Hùng thành viên tham gia từ bắt đầu đến đóng dự án công nghệ SOTB gating, Power gating, Multi-Vth, Multi-VDD); thiết kế bo mạch test chip công nghệ SOTB 65 nm (hình 3, 4); góp phần hình thành mạng lưới nhóm chuyên gia nước chuyên gia Nhật Bản thiết kế vi mạch công suất thấp; thiết kế đúc chip với ứng dụng thiết kế như: lõi xử lý tín hiệu số DSP 16-bit, lõi biến đổi Cosine rời rạc (DCT) cho ứng dụng nén giải nén video chuẩn H.265, hệ thống dị tìm liệu tốc độ cực nhanh dùng nhớ CAM (hình 5) mơi trường; tạo sản phẩm có hàm lượng khoa học cơng nghệ giá trị gia tăng cao Với kết đạt được, nói Dự án “Kỹ thuật thiết kế vi mạch công suất thấp, công nghệ ứng dụng” đóng góp tích cực vào việc xây dựng quy trình kỹ thuật thiết kế vi mạch số cơng suất thấp tự động chip điện tử góp phần xây dựng cơng nghiệp vi mạch nước - lĩnh vực mũi nhọn Nhà nước ưu tiên phát triển ? Trong thời gian 18 tháng, Dự án hoàn thành việc xây dựng quy trình thiết kế vi mạch số cơng suất thấp chạy script tự động Place & Route (dùng kỹ thuật công suất thấp Clock Lĩnh vực vi mạch số công suất thấp kỳ vọng đóng góp sản phẩm vi mạch có cơng suất tiêu thụ thấp, góp phần tiết kiệm lượng, nâng cao hiệu suất hoạt động bảo vệ Minh Nguyệt hình bo mạch test chip cơng nghệ SoTb 65 nm hình chip ứng dụng cơng nghệ SoTb 65 nm hình Ứng dụng dị tìm nhận dạng liệu tốc độ nhanh chip công nghệ SoTb 65 nm Số năm 2018 33 ... vi? ??c xây dựng quy trình thiết kế vi mạch số cơng suất thấp chạy script tự động Place & Route (dùng kỹ thuật công suất thấp Clock Lĩnh vực vi mạch số cơng suất thấp kỳ vọng đóng góp sản phẩm vi. .. kế vi mạch cơng suất thấp, cơng nghệ ứng dụng” đóng góp tích cực vào vi? ??c xây dựng quy trình kỹ thuật thiết kế vi mạch số công suất thấp tự động chip điện tử góp phần xây dựng công nghiệp vi mạch. .. Bulk CMOS công nghệ SOI Công suất tiêu thụ bao gồm công suất động công suất tĩnh Công suất tĩnh công suất tiêu tán q trình standby gây dịng rỉ (IoffVDD) Trong đó, cơng suất động cơng suất tiêu