Công nghệ Wi-Fi trên đường số hoá

Chíp thu phát WiFi mới của Intel có hầu hết các mạch cao tần (RF) được thay thế bởi mạch digital nhưng liệu nó có thành công trên thị trường?

Có thật là mạch analog đang hết thời không? Chắc là không, bởi vì thế giới này là một thế giới analog và chúng ta cần các mạch analog để tương tác với nó. Nhưng vì các thiết bị analog nói chung là khó mà thu nhỏ lại hơn nên chúng đang dần bị thay thế bởi các thiết bị digital. Một con chíp thu phát sóng thử nghiệm được phát triển bởi Intel cho thấy xu hướng này đang xảy ra nhanh hơn.

Tháng 9/2012, tại diễn đàn các nhà phát triển hàng năm của Intel tại San Francisco, Intel đã cho ra mắt con chíp thu phát Wi-Fi mới có hầu hết các mạch cấu thành là digital. Intel gọi con chíp là “bộ thu phát sóng của định luật Moore,” bởi vì nó có thể được thu nhỏ lại, theo định luật Moore, như các mạch digital khác. Công nghệ này sẽ cho ra đời các thiết bị di động nhỏ hơn và mỏng hơn bằng cách tích hợp các bộ thu phát sóng và các bộ xử lý của một chiếc điện thoại thông minh trong cùng một chíp silicon. Tuy nhiên, chưa rõ là khi nào công nghệ này sẽ thành hiện thực và nó sẽ tác động như thế nào lên các sản phẩm.

Viễn cảnh về chiếc điện thoại chỉ với một chíp của các nhà sản xuất vẫn chưa trở thành hiện thực bởi vì các mạch cao tần gần như phải được thiết kế lại mỗi khi công nghệ sản xuất thay đổi và các thành phần analog như cuộn cảm chẳng hạn không trở nên tốt hơn khi chúng được thu nhỏ lại. Chính vì vậy mà công nghệ sản xuất chíp analog thường đi sau công nghệ sản suất chíp digital một vài thế hệ.

Chuyển các bộ thu phát sóng – hay ít nhất một vài thành phần của chúng – từ analog sang digital có thể sẽ xoá bỏ được khoảng cách công nghệ đó. Theo thời gian, mạch digital lấn sang lĩnh vực analog nhiều hơn. Một ví dụ điển hình là mạch PLL (phase-locked loop), một mạch quan trọng trong xử lý tín hiệu, đã được xây dựng từ các thành phần digital.

Để làm con chíp này, Intel nói rằng họ phải quay lại với các nguyên lý toán học cơ bản của liên lạc không dây. “Đó không chỉ đơn thuần là thay thế các thành phần analog,” Yorgos Palaskas, trưởng nhóm tích hợp bộ thu phát không dây của Intel nói. “Phải làm cách khác.” Ví dụ như trong mạch phát, thay vì xử lý các thông tin dưới dạng sóng cao tần, mạch phát lại giữ các thông tin ở dạng digital cho đến khi chúng được khuếch đại và phát đi. Các thông tin về biên độ của tín hiệu được mã hoá bởi thời điểm mà tín hiệu digital chuyển giữa 0 và 1.

Bộ thu phát Wi-Fi mới của Intel chưa hoàn toàn là digital, Palaskas nhấn mạnh. Một số thành phần vẫn là analog. Thiết kế vẫn còn chưa được tối ưu hoá về diện tích và vẫn còn tiêu thụ nhiều điện năng hơn bộ thu phát analog. “Tuy nhiên điều quan trọng là việc xây dựng con chíp trên nền tảng digital cho phép thu nhỏ nó trong tương lai,” Palaskas nói. Bộ thu phát “sẽ càng lúc càng tốt hơn qua mỗi thế hệ.” Tại diễn đàn các nhà phát triển của Intel, Palaskas nhấn mạnh rằng việc chuyển từ công nghệ 90nm sang công nghệ 32nm đã giảm kích thước của bộ tổng hợp tần số – một thành phần của bộ thu phát – còn một phần tư và giảm công suất tiêu hao từ 50mW xuống còn 21mW.

Intel đã thu hút nhiều sự chú ý khi trình bày chi tiết về các thành phần chính của bộ thu phát tại Hội Nghị Quốc Tế về Mạch Bán Dẫn (IEEE International Solid-State Circuits Conference – ISSCC) vào đầu năm nay. “Trên phương diện kỹ thuật, thiết kế này rất mới lạ,” Robert Staszewski, phó giáo sư ở Đại Học Công Nghệ Delft (Delft University of Technology), Hà Lan nhận xét. Staszewski từng là kỹ sư trưởng của nhóm Digital RF Processor của Texas Instrument chịu trách nhiệm phát triển các mạch digital có thể tích hợp được với các bộ xử lý của điện thoại di động.

Bộ thu phát của Intel có thể sẽ hoạt động tốt với các bộ xử lý cao cấp của các điện thoại thông minh ngày nay. Trước đây Intel đã trình diễn một chíp có tên mã là Rosepoint có 2 nhân Atom và một bộ thu phát Wi-Fi với nhiều thành phần analog hơn bộ thu phát mà Intel vừa giới thiệu. Tuy nhiên, các bộ thu phát digital trong tương lai gần có lẽ sẽ không được tích hợp nhiều như vậy. Giám đốc công nghệ của Intel, Justin Rattner, nói rằng công nghệ mới này sẽ xuất hiện dần dần trong các chíp thu phát trong tương lai.

Khả năng thương mại hoá bộ thu phát toàn digital ra thị trường có thể phụ thuộc nhiều vào khía cạnh kinh tế hơn là khía cạnh kỹ thuật. Chi phí nghiên cứu ban đầu có thể cao hơn, và các đặc tính cao tần sẽ biến động nhiều hơn, Waleed Khalil, giảng viên khoa điện và máy tính của Đại Học Ohio (Ohio State University) nói. Ông nhấn mạnh rằng các bộ xử lý hoạt động yếu hơn vẫn có thể được phân loại và bán với giá rẻ hơn nhưng với các mạch cao tần, nếu nó “hoạt động hơi kém một tí, sẽ chẳng có ai mua sản phẩm đó cả.”. Người tiêu dùng có thể sẽ phải trả một cái giá cao hơn đáng kể để có được các con chíp với độ tích hợp cao.

Nên nhớ rằng các bộ thu phát analog cũng luôn luôn được cải tiến, Mark Hung, một giám đốc nghiên cứu ở Gartner, nói. Mặc dù thiết kế mạch analog tốn nhiều thời gian hơn, ông nói, nhưng các nhà sản xuất chíp “luôn có sáng kiến để thu nhỏ nó lại.”

Dù sao đi nữa, Staszewski nói, việc Intel giới thiệu bộ thu phát digital rất có thể sẽ khởi tạo một sự thay đổi trong toàn bộ ngành công nghiệp. Tuy nhiên, cả các kỹ sư thiết kế analog cũng như các kỹ sư thiết kế digital đều tin là kỹ thuật thiết kế của mình mới là hiệu quả, và vì vậy quá trình số hoá chỉ mới ở những bước đầu tiên. “Tôi nghĩ rằng Intel là một nhân tố quan trọng,” ông nói. Đôi khi, nếu một người khổng lồ bắt đầu làm một việc gì đó, “tất cả mọi người sẽ làm theo.”

---

• Nguyên bản tiếng Anh: “Wi-Fi Radio Takes a Digital Turn”, Rachel Courtland, IEEE Spectrum, November 2012
• Người dịch: Tạ Minh Chiến
• Kiểm tra và hiệu chỉnh: Huỳnh Trọng Anh
• Bài viết có sử dụng hình ảnh và tư liệu bên ngoài để minh hoạ thêm cho nguyên bản tiếng Anh