Thế giới ngày nay đang dần được bao phủ bởi một “mạng lưới thông minh”. Đây chính là kỷ nguyên của Internet of Things (IoT) – Internet vạn vật. Và phía sau sự hoạt động trơn tru, thông minh của các thiết bị này là một thành phần cực kỳ quan trọng nhưng ít khi được chú ý đến vi mạch bán dẫn. Cùng Cao đẳng FTC tìm hiểu qua bài viết dưới đây
Nội dung bài viết
“Bộ não” tí hon của công nghệ hiện đại
Vi mạch bán dẫn hay còn có tên gọi khác là vi mạch tích hợp (Integrated Circuit – IC). Đây là những chip điện tử được sản xuất từ vật liệu bán dẫn như silicon. Bên trong mỗi con chip là hàng triệu thậm chí hàng tỷ bóng bán dẫn (transistor) siêu nhỏ, hoạt động như những công tắc đóng và mở dòng điện để thực hiện các phép toán logic, lưu trữ dữ liệu và xử lý thông tin.
Tùy vào mục đích sử dụng, chúng có thể được thiết kế để thực hiện những nhiệm vụ khác nhau như: xử lý dữ liệu (vi xử lý), lưu trữ dữ liệu (bộ nhớ), điều khiển tín hiệu (analog hoặc số), giao tiếp không dây (chip RF), cảm biến vật lý (nhiệt độ, ánh sáng, chuyển động…), …
Có thể hình dung, nếu một thiết bị IoT giống như cơ thể con người, thì vi mạch bán dẫn chính là bộ não – điều khiển, xử lý và đưa ra “quyết định” cho mọi hoạt động. Chính vì vậy, có thể nói rằng vi mạch tuy nhỏ nhưng lại là bộ phận rất quan trọng và cực kỳ cần thiết trong kỷ nguyên Internet vạn vật.
Xem thêm: Vai trò của phần mềm EDA trong thiết kế và kiểm tra vi mạch tại đây
Thiết bị IoT là gì?
Internet of Things là tập hợp các thiết bị vật lý có thể thu thập dữ liệu từ môi trường, xử lý thông tin và kết nối internet để chia sẻ dữ liệu với các thiết bị khác hoặc nền tảng điều khiển trung tâm.
IoT len lỏi vào mọi mặt, mọi lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày. Có thể dễ dàng nhận biết được các thiết bị IoT như đồng hồ thông minh đo nhịp tim, theo dõi giấc ngủ, camera an ninh gửi cảnh báo về điện thoại khi có người lạ, thiết bị đeo tay theo dõi sức khỏe trong bệnh viện, cảm biến trong nông nghiệp đo độ ẩm và điều khiển tưới nước tự động, máy móc trong nhà máy sản xuất cảnh báo khi cần bảo trì, …
IoT đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng khẳng định được vai trò và những điểm nổi bật của mình trong việc hỗ trợ con người. Điểm chung của các thiết bị này là yêu cầu cao về khả năng xử lý thông tin, kết nối mạng, kích thước nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng. Và để hoạt động trơn tru, chúng đều phụ thuộc rất lớn vào chất lượng và khả năng của các vi mạch bên trong.
Vi mạch bán dẫn là nền tảng của IoT
Vi mạch trong thiết bị IoT không giống với các con chip trên máy tính hoặc smartphone. Chúng được thiết kế với những yêu cầu rất riêng, phục vụ cho môi trường hoạt động liên tục, tiêu thụ năng lượng thấp và hiệu năng vừa phải. Dưới đây là một số đặc điểm riêng biệt minh chứng cho việc chúng là lựa chọn tối ưu nhất cho việc trở thành nền tảng của IoT
Tiết kiệm năng lượng vượt trội: Nhiều thiết bị IoT hoạt động bằng pin nhỏ, năng lượng mặt trời hoặc năng lượng từ môi trường (energy harvesting). Vì vậy, vi mạch bên trong cần phải có khả năng ngủ sâu (deep sleep) và chỉ “thức dậy” khi có tín hiệu cần xử lý. Nhờ đó có thể kéo dài thời gian sử dụng lên tới vài tháng hoặc vài năm.
Kích thước siêu nhỏ: Từ vòng tay theo dõi sức khỏe đến cảm biến cấy ghép trong y tế, thiết bị IoT thường có không gian hạn chế. Các chip cần phải nhỏ gọn, tích hợp nhiều chức năng trên một khuôn (SoC – System on Chip), giảm thiểu linh kiện rời, … để tiết kiệm diện tích không gian
Xem thêm: Bản đồ kỹ năng của kỹ sư vi mạch thời đại mới tại đây
Kết nối không dây linh hoạt: Vi mạch cần hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp như Wi-Fi, Bluetooth Low Energy, Zigbee, LoRa, hoặc NB-IoT… Tùy vào từng ứng dụng, mỗi chuẩn sẽ có các ưu điểm riêng về phạm vi phủ sóng, tốc độ truyền và mức tiêu thụ năng lượng.
Bảo mật phần cứng tích hợp: IoT ngày càng phổ biến, nguy cơ bị tấn công mạng càng gia tăng. Vì vậy, nhiều vi mạch hiện nay tích hợp hệ thống mã hóa, xác thực phần cứng ngay trên chip giúp dữ liệu an toàn hơn ngay từ gốc.
Thực trạng và tiềm năng phát triển trong tương lai
Theo các nghiên cứu, đến năm 2030 thế giới sẽ có hơn 75 tỷ thiết bị IoT được kết nối cao gấp hơn 7 lần dân số thế giới hiện tại. Từ y tế, nông nghiệp, giao thông, công nghiệp đến đời sống gia đình, IoT sẽ hiện diện ở mọi nơi. Điều đó cũng đồng nghĩa với nhu cầu về vi mạch bán dẫn chuyên cho IoT sẽ tăng mạnh mẽ.
Các tập đoàn lớn như Qualcomm, STMicroelectronics, Texas Instruments, MediaTek, NXP… đang đầu tư rất mạnh vào các dòng chip dành riêng cho IoT. Nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam cũng đang đẩy mạnh các chiến lược phát triển ngành công nghiệp bán dẫn để không bỏ lỡ cơ hội lớn này.
Việt Nam đã và đang thu hút nhiều dự án đầu tư vào lĩnh vực thiết kế chip, đào tạo kỹ sư vi mạch cũng như hỗ trợ các startup công nghệ phát triển sản phẩm IoT “Made in Vietnam”. Đây sẽ là bước đệm quan trọng để ngành bán dẫn trong nước tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị toàn cầu.
Vi mạch bán dẫn có thể chỉ nhỏ bằng đầu ngón tay, nhưng lại là “trái tim” của hàng tỷ thiết bị thông minh đang vận hành mỗi ngày. Trong thế giới IoT nơi mọi thứ đều trở nên kết nối và thông minh. Vi mạch chính là yếu tố then chốt giúp mọi thứ hoạt động mượt mà, hiệu quả và an toàn
