Các nhà nghiên cứu tại Đại học California (Los Angeles) đang muốn làm một điều mà trước nay chưa có tiền lệ: tạo ra chiếc máy tính không cần bo mạch chủ.

Trong bài đăng trên trang IEEE Spectrum, các nhà nghiên cứu trên cho biết đây sẽ là một bước đột phá trong lĩnh vực công nghệ, giúp tạo ra những chiếc máy tính mạnh hơn rất nhiều so với bây giờ mà không bị phụ thuộc vào bảng mạch in (PCB – Printed Circuit Board) mà chúng ta đang sử dụng trong thời điểm hiện tại, tất cả là nhờ vào công nghệ silicon-interconnect fabric (tạm dịch: “mạng lưới kết nối bằng silicon”) tiên tiến có khả năng thay thế công việc của một bo mạch chủ.

Hai nhà nghiên cứu là Puneet Gupta và Subramanian Iyer phát biểu rằng việc phụ thuộc quá nhiều vào PCB sẽ gây ra những phiền toái nhất định cho các công ty muốn phát triển những thiết bị nhỏ như đồng hồ thông minh, song song với đó là kìm hãm những phát minh dành cho các thiết bị lớn hơn dùng trong trung tâm dữ liệu. Với silicon-interconnect fabric, việc tạo ra những thiết bị đó sẽ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.

Gupta và Iyer giải thích nghiên cứu của họ cho thấy bảng mạch in có thể được thay thế bằng chính vật liệu làm nên các con chip dùng để gắn lên nó, cụ thể là silicon. Phát minh này sẽ mở ra một hướng đi mới cho các thiết bị gọn nhẹ như đồng hồ thông minh, và đồng thời tạo ra những chiếc máy tính cực kì mạnh mẽ với kích thước chỉ bằng một chiếc dĩa ăn tối.

Họ cũng cho biết thêm mạng lưới silicon này sẽ cho phép các nhà sản xuất chip không còn phải phụ thuộc vào những con SoC (System on a Chip, tạm dịch: “hệ thống trên một vi mạch”) có kích thước lớn, phức tạp, và khó sản xuất như những con đang được sử dụng trong rất nhiều thiết bị hiện nay, từ điện thoại thông minh cho đến siêu máy tính. Thay vào đó, những nhà sản xuất chip sẽ có thể tạo ra những con chiplet với kích thước nhỏ hơn, thiết kế đơn giản hơn, và dễ đưa vào sản xuất hơn, được kết nối với nhau thông qua silicon-interconnect fabric.

Gupta và Iyer cũng cho biết thêm việc phụ thuộc vào chiplet thay vì SoC là một ý tưởng không mới. Thực ra, Intel, NVIDIA, và một số công ty bóng bán dẫn khác đã có những nghiên cứu xoay quanh việc sử dụng chiplet. Nhưng hai nhà khoa học trên muốn công nghệ silicon-interconnect fabric tiến xa hơn nữa để giải quyết những vấn đề cốt lõi của việc sử dụng bảng mạch in: tính tùy biến, kích thước, và việc phụ thuộc vào các mối hàn.

Để giải quyết vấn đề này, họ sử dụng tấm silicon wafer khá dày (khoảng 500µm đến 1mm) để “đính” các vi xử lý, chip nhớ, cùng với những linh kiện khác, thậm chí là cả cuộn cảm và tụ điện. Việc này cũng giúp các mạch đồng với kích thước micrômét có thể gắn lên chất nền silicon, thay thế cho các mối hàn.

Những thay đổi trên sẽ tạo ra liên kết giữa đồng với đồng, sử dụng ít nguyên liệu hơn và bền hơn rất nhiều so với việc sử dụng liên kết bằng mối hàn. Nhưng có lẽ ấn tượng nhất là nó sẽ giúp rút ngắn khoảng cách giữa các cổng I/O, từ 500µm xuống còn 10µm. Kết quả là nhà sản xuất chip có thể gắn được số lượng cổng I/O nhiều hơn gấp 2.500 lần trên miếng die silicon.

Ngoài ra, silicon cũng dẫn nhiệt tốt hơn FR-4 thường được sử dụng trong các bảng mạch in. Vì thế nên công nghệ này sẽ giúp giải tỏa nhiệt tốt hơn 70% khi được gắn tản nhiệt vào hai bên của silicon-interconnect fabric. Và tỏa nhiệt tốt hơn cũng đồng nghĩa với việc các linh kiện sẽ vận hành mát hơn và hiệu quả hơn.

Gupta và Iyer cũng đã nghiên cứu về ứng dụng thực tiễn của công nghệ này, và họ cho biết rằng trong một nghiên cứu về thiết kế của máy trạm, họ phát hiện ra rằng sử dụng công nghệ mới sẽ nhân đôi hiệu năng so với bộ vi xử lý truyền thống vì nó có tính kết nối cao hơn và tỏa nhiệt tốt hơn. Hơn nữa, kích thước của bảng mạch có thể được giảm từ 1000cm2 còn 400cm2. Việc thu nhỏ như vậy sẽ có tác động tích cực đến chi phí thuê mặt bằng và hệ thống làm mát cho trung tâm dữ liệu. Về phía ngược lại, cụ thể là hệ thống Internet vạn vật (IoT – Internet of Things), sử dụng công nghệ silicon-interconnect fabric không chỉ giảm 70% kích thước bảng mạch mà còn giảm trọng lượng từ 20g xuống còn 8g.

Đó chỉ là ứng dụng đối với những bo mạch chủ hiện tại. Hai nhà nghiên cứu trên tin rằng silicon-interconnect fabric sẽ còn giúp các kỹ sư thiết kế những hệ thống máy tính với kích thước mà công nghệ bây giờ chưa cho phép họ làm. Tuy nhiên, dự án này hiện tại vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu, việc ứng dụng nó vào thực tiễn lại là một câu chuyện khác.

Nguồn: tom’s HARDWARE