IBM hôm nay (14/2) công bố đạt được một tiến bộ công nghệ mới để tăng tốc độ mạng Internet lên 200 đến 400 Gigabits mỗi giây (Gb/s) với mức tiêu thụ điện năng cực kì thấp.
Khả năng tăng tốc này dựa trên một thiết bị có thể được sử dụng để cải thiện khả năng truyền dữ liệu lớn giữa các môi trường điện toán đám mây và trung tâm dữ liệu nhanh hơn tới 4 lần so với công nghệ hiện tại. Với tốc độ này, 160 Gigabytes dữ liệu tương đương với dung lượng của một bộ phim 4K độ phân giải UHD (ultra-high definition) với thời lượng hai giờ đồng hồ có thể được tải về trong vòng vài giây. Thiết bị này đã được triển lãm tại Hội nghị Quốc tế về mạch tích hợp thể rắn (International Solid-State Circuits Conference - ISSCC) được tổ chức tại San Francisco.
Mặc dù công nghệ mới nhất này mới chỉ ở dạng sản phẩm mẫu trong phòng thí nghiệm, một phiên bản trước đó của thiết kế này đã được cấp phép cho Semtech Corp., một nhà cung cấp hàng đầu về các thiết bị bán dẫn analog và trộn tín hiệu. Semtech Corp đang sử dụng công nghệ này để phát triển các nền tảng truyền thông tiên tiến được kì vọng sẽ được công bố vào cuối năm nay.
Khi dữ liệu lớn và lưu lượng mạng Internet tiếp tục gia tăng nhanh chóng, các tiêu chuẩn kết nối mạng tương lai cần phải hỗ trợ được các tốc độ dữ liệu cao hơn này. Ví dụ, ở thời điểm năm 1992 chỉ có 100 Gigabyte dữ liệu được truyền đi mỗi ngày, thì đến hiện tại, lưu lượng truyền tải đã tăng lên tới 2 Exabytes mỗi ngày, tương ứng với tốc độ tăng trưởng 20 triệu lần.
Để hỗ trợ mức lưu lượng cao hơn này, các nhà khoa học tại Bộ phận Nghiên cứu Phát triển IBM (IBM Research) và Học viện Công nghệ Lausanne (EPFL), Thụy Sĩ, đã phát triển các bộ chuyển đổi tương tự sang số (analog-to-digital converter - ADC) siêu nhanh và có hiệu quả sử dụng năng lượng cao để hỗ trợ hoạt động xử lí cân bằng số phức tạp trên các kênh quang có khoảng cách truyền dẫn lớn.
Một bộ ADC sẽ chuyển đổi tín hiệu tương tự (analog) thành tín hiệu số, thực hiện thuật toán xấp xỉ hóa các tổ hợp đúng của các mã zero và một để thể hiện dữ liệu bằng công nghệ số sao cho nó có thể được lưu trữ trên các máy tính và được phân tích để phát hiện ra các quy luật và dự đoán các kết quả.
Ví dụ, các nhà khoa học sẽ sử dụng hàng trăm nghìn bộ chuyển đổi ADC để chuyển đổi tín hiệu vô tuyến analog phát sinh từ vụ nổ Big Bang diễn ra từ 13 tỉ năm trước thành tín hiệu số. Đó là một nội dung trong chương trình cộng tác có tên Dome giữa ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy, DOME-South Africa và IBM để phát triển một lộ trình CNTT cơ bản dành cho SKA (Square Kilometer Array), một dự án quốc tế về xây dựng kính viễn vọng vô tuyến lớn nhất và nhạy nhất thế giới.
Số liệu vô tuyến mà kính viễn vọng SKA thu thập từ không gian được dự báo sẽ lớn gấp 10 lần lưu lượng mạng Internet toàn cầu và sản phẩm mẫu của bộ chuyển đổi ADC có thể là một “ứng viên sáng giá” để truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng với mức tiêu thụ nguồn rất thấp - một yêu cầu quan trọng khi có tới hàng nghìn chiếc anten được đặt cách nhau hơn 3.000 km (1.900 dặm).
“Bộ chuyển đổi ADC của chúng tôi hỗ trợ các tiêu chuẩn IEEE về truyền dữ liệu và kết hợp giữa tốc độ truyền dữ liệu và hiệu suất năng lượng trên nền tảng công nghệ 32 nanomet cho phép chúng tôi bắt đầu tiếp cận các ứng dụng xử lí dữ liệu lớn có quy mô lớn nhất,” TS. Martin Schmatz, Giám đốc Phòng nghiên cứu Hệ thống của IBM Research phát biểu. “Hợp tác cùng Semtech, chúng tôi đang thương mại hóa thế hệ trước của bộ chuyển đổi ADC của chúng tôi ra thị trường trong vòng không đầy 12 tháng tính từ thời điểm đầu tiên khi nó được phát triển và kiểm thử.”
Semtech đã kí một thỏa thuận cấp phép công nghệ không độc quyền với IBM, bao gồm cả việc tiếp cận các thiết kế đã được cấp bằng sáng chế và kiến thức chuyên môn kĩ thuật để phát triển công nghệ cho các dòng sản phẩm của công ty bao gồm từ thiết bị truyền thông quang và hữu tuyến cho đến các hệ thống ra-đa tiên tiến.
“Thông qua việc sử dụng quy trình sản xuất SOI 32nm của IBM với các tập hợp tính năng riêng có của mình, chúng tôi đang phát triển các sản phẩm tuyệt vời để vượt qua những thách thức mà giai đoạn tiếp theo của các hệ thống truyền thông hiệu năng cao như các hệ thống quang 400 Gb/s và các hệ thống ra-đa tiên tiến tạo ra. Chúng tôi cũng đang chứng kiến danh mục ngày càng đa dạng của các ứng dụng trong thị trường truyền thông vô tuyến hiện tại, trong đó các mạch logic kĩ thuật số tốc độ cao đang thay thế cho các chức năng từ trước đến nay được thực hiện bởi các mạch analog kém linh hoạt hơn,” ông Craig Hornbuckle, Kiến trúc sư Trưởng Hệ thống của Semtech phát biểu.
Những con chip 64 GS/s (giga-mẫu mỗi giây) của Semtech sẽ được sản xuất tại nhà máy công nghệ 300 mm của IBM tại East Fishkill, New York trong một quy trình CMOS silicon trên nền chất cách điện 32 nanomet và có kích thước 5 mm2. Lõi xử lí này bao gồm cả một bộ tổng hợp sóng milimet có dải tinh chỉnh rộng, cho phép lõi xử lí đó điều chỉnh từ 42 đến 68 GS/s trên mỗi kênh với một giá trị rung pha hiệu dụng danh định là 45 fem-tô-giây. Lõi xử lí ADC 2x64 GS/s hai kênh đầy đủ có thể thực hiện 128 tỉ phép chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số mỗi giây, với tổng mức tiêu thụ nguồn là 2,1 Watts.
Thông tin chi tiết về công nghệ của bộ chuyển đổi ADC mới nhất đã được công bố trong một bài báo khoa học của EPFL và đã được thuyết trình vào ngày 13/2 tại Hội nghị Quốc tế về mạch tích hợp thể rắn (ISSCC).
