Công nghệ chip AI của 4 nhà khoa học Việt có gì mà được Mỹ cấp bằng sáng chế?

Bốn nhà khoa học Việt Nam vừa được Cơ quan Sáng chế và Nhãn hiệu Hoa Kỳ (USPTO) cấp bằng sáng chế cho công nghệ chế tạo linh kiện trở nhớ (memristor) trên nền vật liệu oxit crom (CrOₓ). Đó là PGS.TS Phạm Kim Ngọc và ThS Phạm Phú Quân (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.HCM), GS.TS Phan Bách Thắng (Trường Đại học Khoa học Sức khỏe, Đại học Quốc gia TP.HCM) và PGS.TS Nguyễn Trần Thuật (Viện Bán dẫn và Vật liệu tiên tiến, Đại học Quốc gia Hà Nội).

Khi AI phát triển mạnh mẽ, các mô hình ngày càng có quy mô lớn, một trong những thách thức quan trọng của phần cứng hiện nay là "nút thắt Von Neumann". Đây là hạn chế của kiến trúc máy tính truyền thống khi bộ xử lý và bộ nhớ hoạt động tách biệt, khiến dữ liệu phải liên tục di chuyển giữa hai thành phần. Với khối lượng tính toán tăng lên, việc truyền dữ liệu không chỉ làm giảm tốc độ xử lý mà còn tiêu tốn đáng kể điện năng.

Để giải quyết vấn đề này, nhiều trung tâm nghiên cứu trên thế giới đang theo đuổi các hướng phát triển như điện toán trong bộ nhớ (In-memory Computing) và điện toán thần kinh (Neuromorphic Computing). Điểm chung của các công nghệ này là đưa quá trình tính toán đến gần nơi lưu trữ dữ liệu, thay vì liên tục trao đổi dữ liệu giữa bộ nhớ và bộ xử lý như các kiến trúc truyền thống.

Nhóm nghiên cứu Việt Nam lựa chọn phát triển linh kiện trở nhớ (memristor) – một loại linh kiện có khả năng vừa lưu trữ dữ liệu vừa trực tiếp tham gia tính toán. Khi được sắp xếp thành các ma trận memristor, các linh kiện này có thể thực hiện trực tiếp các phép nhân ma trận – vector ngay trên phần cứng. Đây là phép toán nền tảng trong hầu hết các mô hình học sâu và trí tuệ nhân tạo hiện đại. Theo nhiều nghiên cứu quốc tế, kiến trúc memristor được đánh giá là một trong những hướng đi nhiều triển vọng nhằm xây dựng các bộ gia tốc AI có hiệu suất cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với các kiến trúc truyền thống.

Điểm khác biệt trong công trình của nhóm là lựa chọn vật liệu oxit crom vô định hình (CrOₓ), thay vì các hệ vật liệu phổ biến như TiO₂, HfO₂ hay TaOₓ vốn đã được nghiên cứu rộng rãi. Theo nhóm nghiên cứu, CrOₓ sở hữu nhiều đặc tính thuận lợi như khả năng tồn tại ở nhiều trạng thái oxy hóa và dễ hình thành các khuyết oxy, tạo điều kiện cho quá trình chuyển đổi điện trở ổn định – yếu tố quan trọng để mô phỏng hoạt động của các khớp thần kinh sinh học trong các hệ thống điện toán thần kinh.

Chia sẻ về định hướng nghiên cứu, PGS.TS Phạm Kim Ngọc cho biết: “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”.

Theo bà, CrOₓ là hệ vật liệu vẫn còn ít được khai thác trong nghiên cứu memristor, trong khi các tính chất lý thuyết cho thấy nhiều tiềm năng để phát triển các linh kiện có hiệu năng cao phục vụ AI.

Dù được USPTO cấp bằng sáng chế là cột mốc quan trọng, nhóm nghiên cứu khẳng định đây chưa phải điểm kết thúc. PGS.TS Phạm Kim Ngọc nhấn mạnh: “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”.

Khi AI ngày càng hiện diện trên điện thoại thông minh, robot, xe tự hành và các thiết bị Internet vạn vật (IoT), nhu cầu về những con chip có khả năng xử lý nhanh nhưng tiết kiệm điện năng ngày càng cấp thiết. Việc các nhà khoa học Việt Nam được USPTO cấp bằng sáng chế cho công nghệ memristor không chỉ ghi nhận năng lực nghiên cứu của đội ngũ trong nước mà còn cho thấy Việt Nam đang từng bước tham gia vào cuộc đua phát triển những công nghệ nền tảng của ngành AI và công nghiệp bán dẫn toàn cầu.