EN
Liên kết nhanh
Các mạch tích hợp, hay còn gọi tắt là chip IC, về cơ bản bao gồm những bộ sưu tập nhỏ các các bộ bán dẫn , điện trở, máy điện , cùng với mọi loại kết nối được tích hợp ngay trên một miếng vật liệu bán dẫn, thường là silicon. Khi các nhà sản xuất tích hợp hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu bộ phận nhỏ này vào một cấu trúc nhỏ hơn cả móng tay, họ tạo ra những con chip có khả năng thực hiện các nhiệm vụ rất phức tạp như khuếch đại tín hiệu, xử lý dữ liệu và quản lý phân phối điện năng. Ngày nay các mạch tích hợp hoạt động nhờ những lớp siêu chính xác được làm từ vật liệu dẫn điện, chất cách điện và bán dẫn được xếp chồng lên nhau. Công nghệ này cho phép các thiết bị chúng ta sử dụng hàng ngày, từ điện thoại thông minh đến thiết bị giám sát trong bệnh viện, thực hiện những chức năng đáng kinh ngạc trong khi vẫn tiêu thụ lượng điện năng tương đối thấp so với các công nghệ cũ hơn.
Hiệu suất của một chip IC phụ thuộc vào bốn thành phần chính:
| Thành phần | Vai trò | Ví dụ ứng dụng |
|---|---|---|
| Các bộ bán dẫn | Chuyển mạch hoặc khuếch đại tín hiệu điện | Cổng logic CPU |
| Điện trở | Điều khiển dòng điện áp và dòng điện | Mạch chia áp |
| Máy điện | Lưu trữ và giải phóng điện tích | Mạch lọc nhiễu |
| Kết nối liên lạc | Tuyến truyền tín hiệu giữa các thành phần | Các mạch đồng trên chip |
Các thành phần này hoạt động cùng nhau một cách trơn tru, với các kỹ thuật sản xuất tiên tiến như quang khắc 5nm cho phép tích hợp chặt chẽ hơn nhằm xử lý nhanh và hiệu quả hơn.
Phân loại này cho phép các kỹ sư lựa chọn loại IC tối ưu: tương tự cho giao diện cảm biến, số cho tính toán, và hỗn hợp tín hiệu cho các hệ thống thông minh yêu cầu cả hai.
Các điện thoại thông minh và máy tính hiện đại phụ thuộc vào các chip IC để cung cấp khả năng xử lý mạnh mẽ trong thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng. Các linh kiện vi điện tử này quản lý mọi thứ từ thực thi lệnh đến kết nối mạng một cách chính xác.
Các bộ xử lý di động hiện đại dựa vào công nghệ System-on-Chip (SoC), trong đó CPU, GPU và nhiều thành phần AI khác cùng được tích hợp trên một mảnh silicon nhỏ gọn. Chẳng hạn như các con chip dòng A của Apple hoặc dòng Snapdragon của Qualcomm. Những con chip này có thể xử lý video 4K và thậm chí dịch ngôn ngữ theo thời gian thực — điều mà vài năm trước đây là không thể. Theo một số báo cáo ngành công nghiệp từ LinkedIn năm ngoái, chúng cũng vận hành mát hơn khoảng 20 phần trăm so với các mẫu cũ, dù con số cụ thể có thể thay đổi tùy theo điều kiện sử dụng. Điều này về mặt thực tiễn có nghĩa là điện thoại thông minh ngày nay không chỉ đang cạnh tranh với máy tính cơ bản nữa, mà thực tế còn hoạt động ở mức độ tương đương với những gì chúng ta từng kỳ vọng từ các laptop tầm thấp trước đây.
Các mạch tích hợp quản lý nguồn (PMICs) điều chỉnh việc cung cấp điện áp cho các thành phần trong điện thoại thông minh, giảm tổn thất năng lượng lên đến 30% so với các hệ thống không dùng IC (STMicroelectronics 2024). Trong khi đó, các mạch tích hợp sóng milimet trong modem 5G cho phép tốc độ tải xuống vượt quá 10 Gbps, hỗ trợ trải nghiệm xem phát trực tuyến và chơi game trên đám mây mượt mà.
Xử lý hiệu suất cao phụ thuộc vào các kiến trúc IC chuyên dụng. Các CPU để bàn như dòng Ryzen của AMD tích hợp tới 16 nhân vào die 72mm² sử dụng công nghệ 5nm FinFET, trong khi các GPU dùng cho máy chủ xử lý tác vụ huấn luyện trí tuệ nhân tạo nhanh gấp 12 lần so với các mẫu năm 2020. Những tiến bộ này làm nền tảng cho các công nghệ mới nổi như trí tuệ nhân tạo sinh tạo và truy xuất tia thời gian thực.
Các chip IC nhỏ bên trong đồng hồ thông minh và vòng đeo tay theo dõi sức khỏe là yếu tố giúp những thiết bị này hoạt động hiệu quả nhưng vẫn duy trì thời lượng pin suốt cả ngày. Chúng xử lý định vị GPS, theo dõi nhịp tim và quản lý kết nối Bluetooth mà không làm hao pin quá nhanh. Một số vi điều khiển IC mới tiết kiệm năng lượng thậm chí giảm mức tiêu thụ điện khoảng 40% so với các mẫu cũ hơn, như được ghi nhận trong nghiên cứu công bố năm ngoái bởi các nhà sản xuất chip hàng đầu. Theo xu hướng thị trường, doanh số thiết bị công nghệ mặc trên người tập trung vào các chỉ số sức khỏe đã đạt hơn 84 triệu chiếc trên toàn thế giới riêng trong năm 2024. Đáng chú ý, tới 62% số thiết bị này sử dụng các mạch tích hợp quản lý nguồn tiên tiến (PMIC) nhằm mang lại thời gian sử dụng dài hơn giữa hai lần sạc.
Sự kết hợp giữa cảm biến tương tự và xử lý kỹ thuật số trong các vi mạch tín hiệu hỗn hợp (mixed-signal ICs) đã giúp các thiết bị thông thường theo dõi các chỉ số sức khỏe ở mức độ trước đây chỉ dành cho thiết bị y tế. Những cảm biến sinh học quang học nhỏ bé này hoạt động cùng với bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) để kiểm tra nồng độ oxy trong máu (SpO2) với độ chính xác ấn tượng khoảng 98%, trong khi vẫn có thể tích hợp vào các thiết bị đeo tay có độ dày gần như chỉ bằng một đồng xu. Một nghiên cứu gần đây của Viện Ponemon vào năm 2023 đã phát hiện ra điều đáng chú ý: việc giám sát điện tâm đồ (ECG) thời gian thực thông qua các hệ thống đeo tay này đã giảm khoảng 22% tỷ lệ nhập viện lại đối với bệnh nhân tim mạch. Điều thú vị hơn nữa là tốc độ mà các chip AI tích hợp trên thiết bị có thể phát hiện vấn đề. Chúng nhận diện các nhịp tim bất thường như rung nhĩ trong khoảng chỉ 15 giây, điều này dịch ra thành khoản tiết kiệm đáng kể khi nhìn vào bức tranh tổng thể—ước tính khoảng 740.000 USD được tiết kiệm mỗi năm trên 10.000 người dùng.
Các IC điều khiển động cơ trong các thiết bị gia dụng hiện đại giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của máy nén trong tủ lạnh và điều tiết dòng nước trong máy giặt, giúp các thiết bị này vận hành êm ái hơn và thích nghi tốt hơn với các điều kiện khác nhau. Khi xem xét xu hướng thị trường, các thiết bị tiêu dùng chiếm khoảng 21,2 phần trăm tổng nhu cầu đối với các loại mạch tích hợp này theo báo cáo của Future Market Insights từ năm ngoái. Bộ điều nhiệt cũng sử dụng công nghệ IC tương tự, biến những dao động nhiệt độ mà chúng ta cảm nhận được thành các chỉ số kỹ thuật số chính xác, giúp ngôi nhà luôn thoải mái trong phạm vi chênh lệch không quá nửa độ C.
Các vi điều khiển 32 bit trong ngôi nhà của chúng ta xử lý mọi loại thông tin thời gian thực đến qua các mạng IoT đó. Về cơ bản, chúng hoạt động như những cảnh sát giao thông tín hiệu từ các thiết bị như cảm biến chuyển động, cảm biến độ ẩm và những ổ cắm thông minh mà chúng ta đang thấy phổ biến gần đây. Theo các báo cáo ngành công nghiệp gần đây, khoảng hai phần ba thiết bị tự động hóa gia đình ngày nay được trang bị những con chip tín hiệu hỗn hợp bên trong. Những linh kiện này xử lý mọi thứ, từ việc theo dõi sự thay đổi nhiệt độ đến quản lý kết nối Wi-Fi đồng thời. Điều này có ý nghĩa gì với người dùng thông thường? Nó có nghĩa là tủ lạnh của chúng ta thực sự có thể học được khi giá điện tăng và tự động chuyển sang hoạt động vào khung giờ thấp điểm. Các camera an ninh ngừng lãng phí năng lượng khi chạy liên tục trong khi không ai ở nhà, chỉ bật lên khi phát hiện các mẫu chuyển động quen thuộc dựa trên những người sinh sống tại đó.
Các quy định Ecodesign 2025 của EU đang thúc đẩy các nhà sản xuất tích hợp nhiều công nghệ IC tương tự hơn vào các thiết bị gia dụng hàng ngày, điều này đã giúp giảm mức tiêu thụ điện ở chế độ chờ khoảng 40% kể từ năm 2019. Những linh kiện như bộ ổn áp và các thành phần PMIC hiện đại chính là yếu tố cho phép các thiết bị này đáp ứng yêu cầu ENERGY STAR mà không vượt quá ngưỡng quan trọng 1 watt khi ở trạng thái chờ. Nhìn về tương lai, các dự báo ngành công nghiệp dự đoán thị trường các chip tương tự này sẽ tăng trưởng gần 17 tỷ đô la Mỹ vào năm 2029. Theo các báo cáo phân tích thị trường gần đây, các bộ điều nhiệt thông minh và hệ thống sưởi/làm mát hiện đại đang dẫn đầu xu hướng này. Các con số cho thấy một câu chuyện về sự tiến bộ nhanh chóng khi các công ty đang chạy đua để đáp ứng cả yêu cầu pháp lý lẫn kỳ vọng của người tiêu dùng về hiệu quả năng lượng.
Trái tim của các thiết bị phát trực tuyến và TV thông minh nằm ở những con chip IC nhỏ bé hoạt động phía sau hậu trường để giải mã, xử lý và truyền tải tất cả nội dung video độ phân giải cao mà chúng ta đã quen thuộc. Những con chip nhỏ bé nhưng mạnh mẽ này đảm nhiệm các nhiệm vụ như làm cho hình ảnh 4K trông đẹp hơn mức bình thường, làm mượt những chuyển động giật cục, và điều chỉnh chất lượng dựa trên tốc độ kết nối internet tại từng thời điểm. Một số chip chuyên dụng còn tập trung vào việc xử lý nội dung HDR, nghĩa là mang lại màu sắc phong phú hơn và màu đen sâu hơn mà không làm hao pin quá nhanh trên những chiếc đầu phát nhỏ mà người dùng cắm vào TV. Hiện tại, chúng ta đang nói đến tốc độ khoảng 12 gigabit mỗi giây dành cho nội dung 8K, một thứ mà phần lớn người dùng có lẽ chưa cần đến, nhưng các nhà sản xuất vẫn tiếp tục phát triển vì cạnh tranh thúc đẩy đổi mới.
Các mạch tích hợp tín hiệu hỗn hợp hoạt động như điểm kết nối giữa các tín hiệu âm thanh tương tự truyền thống và công nghệ xử lý kỹ thuật số hiện đại, cho phép các tính năng như khử tiếng ồn, các hiệu ứng âm thanh không gian ấn tượng và tăng cường độ tương phản động mà chúng ta thấy trên các TV thông minh ngày nay. Những con chip nhỏ bé này cung cấp năng lượng cho các thuật toán tăng cường video theo thời gian thực, thực sự làm việc cùng trí tuệ nhân tạo để nâng cấp nội dung 1080p thông thường sao cho trông gần giống như nội dung 4K. Bên trong các thành phần này là các bộ chuyển đổi ADC (chuyển đổi tương tự - số) lấy mẫu ở tốc độ trên 192 kilohertz, mang đến cho loa thanh và hệ thống rạp hát tại gia trải nghiệm âm thanh chất lượng phòng thu chuyên nghiệp mà hầu hết mọi người chưa từng nghĩ là có thể có trong phòng khách nhà mình. Điều làm nên sự thú vị thực sự của toàn bộ hệ thống này chính là khả năng duy trì tính tương thích với thiết bị cũ trong khi vẫn mở rộng giới hạn những gì màn hình và loa của chúng ta có thể làm cùng nhau.
Các game thủ mong muốn tốc độ khung hình mượt mà 120 khung hình mỗi giây hoặc cao hơn, cùng với các hiệu ứng ánh sáng chân thực thông qua kỹ thuật truy xuất tia (ray tracing), đang làm gia tăng nhu cầu về các mạch tích hợp có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ đồng thời trên nền tảng xử lý đạt mức teraflop. Theo nghiên cứu gần đây từ Ponemon Institute vào năm 2023, hơn một nửa số máy chơi game cao cấp hiện nay được trang bị các card đồ họa mạnh mẽ với thiết kế chip tiên tiến nhất, giúp duy trì độ trễ đầu vào dưới mười mili giây khi chạy các tựa game AAA đòi hỏi cấu hình cao. Các nhà sản xuất console cũng đã tham gia xu hướng này, lựa chọn những con chip sử dụng công nghệ quy trình 5nm tiết kiệm năng lượng, giúp kiểm soát nhiệt độ trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất ổn định. Tất cả những bước tiến này lý giải vì sao các dịch vụ chơi game đám mây đã tăng trưởng khoảng 33 phần trăm so với riêng năm ngoái. Những máy chủ phía sau các nền tảng này cũng cần các bộ xử lý công nghiệp mạnh mẽ, vì chúng phải dựng hình toàn bộ trò chơi theo thời gian thực cho hàng triệu người chơi cùng lúc trên nhiều thiết bị khác nhau.