Đến nay, cuộc thi “thiết kế vi mạch tương tự” đang trong giai đoạn hoàn tất để có thể chọn ra những đội lọt vào vòng trong. Với chủ đề năm 2010 là “Tìm giải pháp ổn áp tuyến tính LDO”. Mỗi đội lọt vào vòng chung kết, sẽ nhận một bản thiết kế cơ bản của mạch “Low Drop Out linear voltage regulator” (LDO) để tối ưu các thông số của LDO về quản lý năng lương. PV NSS đã có cuộc trao đổi với đại diện ICDREC về việc hiện thực chip này để cung cấp cho bạn đọc.

PV: Mất hai năm để nghiên cứu thành công chip quản lý năng lượng. ICDREC có những khó khăn nào khi nghiên cứu và thiết kế hay không?

Thạc Sỹ Ngô Đức Hoàng (Giám đốc ICDREC): Chip quản lý giải pháp năng lượng, TH7150 sử dụng topology LDO (low dropout linear voltage regulator) là chip đầu tiên của ICDREC (ĐHQG – Tp. HCM) trong lĩnh vực analog. Là chip đầu tiên nên sẽ gặp nhiều khó khăn trong vấn đề kỹ thuật thiết kế lẫn phần mềm thiết kế.

Về vấn đề kỹ thuật, mặc dù thiết kế dạng LDO thì không quá phức tạp nhưng khi xem xét 2 tính năng nỗi trội của TH7150 như bảo vệ quá dòng và bảo vệ quá nhiệt thì 2 khối trên gặp nhiều khó khăn. Nếu với 2 tính năng đó mà sử dụng các chip rời, thì các bạn sinh viên năm 3, năm 4 cũng có thể thực hiện được. Nhưng để thiết kế được trong một chip độc lập thì chưa có nhiều bài báo hoặc luận văn ở Việt Nam lẫn quốc tế đề cập nhiều đến vấn đề này.

Về vấn đề phần mềm, nhóm thiết kế gặp nhiều khó khăn trong vấn đề quy trình thiết kế vi mạch analog và cụ thể là quá trình thiết kế vật lý (layout). Không giống như trong vi mạch digital, vi mạch analog phải đặt từng linh kiện, từng khối trong thiết kế và đi từng dây nối. Như vấn đề đi dây (kết nối) ở bước thiết kế vật lý (layout), do chưa nắm kỹ các luật thiết kế (DRC) nên layout của thiết kế phải thực hiện đến lần thứ 3 mới hoàn thành được.

PV: Trong quá trình nghiên cứu, vai trò phần mềm được ứng dụng ra sao?

Vấn đề hổ trợ phần mềm cho thiết kế vi mạch rất quan trọng, quá trình chế tạo vi mạch nói chung đòi hỏi độ chính xác rất cao và quá trình này rất nhạy với các hiệu ứng khác (nhiễu, phòng sạch…) nên kết quả, hoạt động thực tế của 1 chip (quá trình chế tạo) so sánh với kết quả mô phỏng (quá trình thiết kế) của chip đó trên phần mềm thường khác nhau. Các phần mềm tốt hơn thì sự có thể sự sai biệt đó sẽ nhỏ hơn. Có thể, bởi vì nó còn liên quan đến vấn đề khác như cách sử dụng phần mềm, độ phức tạp của mạch, công nghệ chế tạo mạch đó…

Do vậy, sự hổ trợ phần mềm sẽ giúp kết quả mô phỏng sẽ gần với hoạt động thực tế của chip.

PV: Trong tương lai, chip này có thể đưa ra thương mại hóa hay không? ICDREC có nghĩ là thời gian 2 năm là quá dài cho một con chip hay không?

Chúng tôi thấy không có vấn đề gì khi chúng ta thương mại hóa chip TH7150 ngoài vấn đề cam kết với Synopsys khi ICDREC nhận sự tài trợ về phần mềm. Cam kết này sẽ hết hạn khi chúng ta có license thương mại của Synopsys và lúc đó chip quản lý năng lượng này sẽ được chúng tôi thương mại hóa. Tiêu chí của ICDREC là mọi sản phẩm của ICDREC phải hoàn hảo, phải thật tốt để thực hiện thương mại hóa, chúng tôi không làm nghiên cứu chỉ để “đóng gói lại và cất trong tủ”.

Nhìn nhận một cách khách quan, 2 năm mà ra một chip thì quá dài dù chip đó đơn giãn hay phức tạp. tất nhiên các chip phức tạp thì phải nhiều người làm để đưa ra thị trường càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên, chúng ta cần nhìn nhận rõ tình hình của ICDREC trong 2 năm trước đây khi bắt đầu dự án, mọi thứ lúc đó liên quan đến vi mạch analog có thể nói là bước đầu. Lúc đó chúng tôi không có phần mềm, nhân sự chỉ có 1 người và quan trọng là không có kinh nghiệm.

Sự thành công của TH7150 là sự nổ lực rất lớn của ban giám đốc ĐHQG TP. HCM trong việc đàm phán với Synopsys về tài trợ phần mềm analog, cũng như sự nổ lực rất lớn của nhóm thiết kế analog tại trung tâm ICDREC lần đầu tiên thiết kế ra chip. 2 năm đó là quá trình của nghiên cứu phần mềm của Synopsys (tại Việt Nam lẫn Singapore), xây dựng lực lượng cho thiết kế vi mạch analog, tìm hiểu về kỹ thuật của LDO và tính năng bảo vệ quá nhiệt, quá dòng… là quá trình chế tạo, kiểm tra hoạt động và xây dựng các mạch ứng dụng. Do vậy, 2 năm đó có thể nói là không quá dài.

PV: Kỹ thuật và công nghệ nào được ứng dụng trong việc thiết kế?

Vi mạch quản lý nguồn năng lượng TH7150 sử dụng kỹ thuật LDO và có thêm một vài tính năng khác để thực hiện chức năng quản lý nguồn năng lượng. Công nghệ sử dụng là BiCMOS, 0.35um của TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).

PV: Ngày nay, kỹ thuật digital cũng có nhiều ưu điểm, liệu việc thiết kế trên analog có đi ngược lại xu thế hay không?

Đúng vậy, kỹ thuật digital có nhiều ưu điểm như có thể xử lý tốc độ cao, xử lý nhiễu dễ dàng, việc thiết kế cũng có nhiều ưu thế hơn so với thiết kế analog như xử lý ơ mức hệ thống hoặc thực hiện tự động một vài công đoạn trong quy trình thiết kế. Hiện tại ICDREC có các nhóm thực hiện thiết kế digital khá mạnh và đang thực hiện thiết kế các lõi IP (Intellectual Property) mạnh và rất phức tạp. Song song đó, ICDREC vẫn duy trùy và đang thúc đẩy nhóm thiết kế Analog phát triển mạnh hơn nữa. Việc đó có đi ngược lại xu thế hay không sẽ rất khó trả lời, bởi vì đâu có ai biết xu thế nó sẽ như thế nào trong tương lai. Không phải quốc gia nào cũng chỉ phát triển digital, Singapore gần Việt Nam rất thành công trong vi mạch analog.

Ngoài ra, digital không thể giải quyết được tất cả các vấn đề khi chế tạo chip, analog sẽ là nhóm hổ trợ rất tốt trong một vài trường hợp như hiệu chỉnh các điện áp cung cấp, dòng điện tại ngõ ra của vi mạch digital, thậm chí là xây dựng thư viện các tế bào chuẩn (standard cells) cho nhóm digital.

Bên cạnh các dòng vi xử lý của trung tâm ICDREC đã và dang thiết kế, thì chúng tôi cũng đang xây dựng đổi ngũ thiết kế analog để có thể thiết kế các lõi IP analog, như ADC, DAC, PLL … để tích hợp vào trong các dòng vi xử lý đó.

PV: Hiện tại, việc nghiên cứu đã được ứng dụng như thế nào đối với chip quản lý năng lượng?

Hiện tại chip quản lý năng lượng TH7150 có thể ứng dụng vào việc tiết kiệm năng lượng cho hệ thống đèn đường hoặc giám sát việc nạp accquy từ solar cells, và mục tiêu chính của chip này sẽ được ứng dụng vào trong chip thương mại đầu tiên của ICDREC, SG8v1 (với điều kiện cho phép) để thực hiện việc giám sát hoạt động và quản lý năng lượng của SG8v1. Chip TH7150 cũng có thể đưa vào trong ứng dụng quản lý năng lượng của các phao trong dự án hàng hải.

Xin cám ơn ông.

Theo Tạp chí Nhịp Sống Số