Công nghệ “Memristor Structures with Analog Switching Characteristics and Method for Fabricating the Same” vừa được Văn phòng Sáng chế và Nhãn hiệu Hoa Kỳ (USPTO) cấp Bằng sáng chế Hoa Kỳ US 12,670,378 B2.
Nhóm tác giả của sáng chế gồm PGS.TS. Phạm Kim Ngọc và ThS. Phạm Phú Quân, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM; GS.TS. Phan Bách Thắng, Trường Đại học Khoa học Sức khỏe, ĐHQG-HCM; PGS.TS. Nguyễn Trần Thuật, Viện Bán dẫn và Vật liệu Tiên tiến, ĐHQG Hà Nội.
Một ý tưởng bắt đầu từ vật liệu
Trong hơn một thập kỷ qua, nghiên cứu memristor trên thế giới chủ yếu tập trung vào các hệ oxit kim loại như TiO₂, HfOₓ và TaOₓ. Bằng sáng chế này mở ra một hướng tiếp cận mới khi xây dựng và bảo hộ một nền tảng vật liệu (materials platform) dựa trên oxit crom (CrOₓ) cho công nghệ memristor. Thay vì chỉ đề xuất một cấu trúc linh kiện cụ thể, sáng chế định vị CrOₓ như vật liệu chức năng trung tâm, có thể kết hợp linh hoạt với các lớp oxit và điện cực kim loại khác nhau để thiết kế các thế hệ memristor mới. Nền tảng này tạo tiền đề cho các linh kiện có khả năng lưu trữ đa trạng thái và hoạt động phi tuyến – những đặc tính cốt lõi để hiện thực hóa các khớp thần kinh điện tử (artificial synapses) trong phần cứng tính toán thế hệ mới.
Hạt nhân của kiến trúc tính toán mới
Điểm nổi bật của bằng sáng chế không chỉ nằm ở cấu trúc memristor, mà còn ở cách triển khai hệ vật liệu này thành các mảng khớp thần kinh (synapse arrays). Sáng chế mô tả kiến trúc mảng [Hàng × Cột] tích hợp bộ chọn lọc thụ động (diode), trong đó mỗi giao điểm là một memristor đóng vai trò như một khớp thần kinh điện tử, có khả năng vừa lưu trữ vừa xử lý thông tin ngay tại chỗ. Kiến trúc này mở ra hướng phát triển các chip In-Memory Computing và Neuromorphic Computing, nơi hàng triệu memristor có thể được tích hợp thành mạng thần kinh phần cứng, với khả năng thực hiện các phép tính song song, từ đó giảm đáng kể việc truyền dữ liệu giữa bộ nhớ và bộ xử lý.
Nền tảng cho tương lai
Hành trình từ một thiết kế vật liệu mới trong phòng thí nghiệm đến một bằng sáng chế quốc tế là bước khởi đầu cho một tầm nhìn lớn hơn: phát triển các thế hệ chip AI tích hợp dựa trên công nghệ memristor. Sáng chế được hình thành từ hoạt động nghiên cứu tại Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM. Kết quả này đồng thời tạo thêm cơ sở cho các chương trình hợp tác giữa các nhà khoa học thuộc ĐHQG-HCM và ĐHQG Hà Nội trong chuỗi nghiên cứu từ vật liệu, linh kiện đến công nghệ chip bán dẫn.
Quá trình nghiên cứu nhận được sự tài trợ và hỗ trợ từ Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VinIF) và Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM. Nguồn lực này góp phần kết nối các nhóm chuyên môn, hỗ trợ hoạt động nghiên cứu và tạo điều kiện để kết quả trong phòng thí nghiệm được phát triển thành tài sản trí tuệ được bảo hộ quốc tế.
