Việt Nam làm chủ công nghệ thiết kế vi mạch cho ứng dụng cần bảo mật cao

Sự phát triển công nghệ nhanh chóng trong lĩnh vực thiết kế vi mạch và nhu cầu đa dạng trong việc phát triển các dạng vi mạch dùng cho IoT (Internet of Things) đã thúc đẩy mạnh mẽ các phương pháp thiết kế vi mạch theo hướng tích hợp MCU (thường là ARM) và FPGA vào trong cùng một chip gọi là SoC FPGA. Bởi lẽ, SoC FPGA sở hữu nhiều ưu điểm như dễ dàng đáp ứng các yêu cầu ứng dụng IoT về thời gian thiết kế ra sản phẩm nhanh. Ưu điểm nữa là linh hoạt cả phần cứng và phần mềm, đáp ứng nhu cầu phát triển đa dạng các Gateway IoT thông qua việc thực hiện các chức năng chuyển mạch linh hoạt và bảo mật với khả năng cho phép thay đổi cấu hình từ xa. Hơn thế nữa, dựa vào việc tích hợp các bộ mã hóa và giải mã mật mã thực hiện trên FPGA với thế mạnh phần mềm vốn có của các lõi ARM, các hệ thống SoC FPGA có thể thực hiện các chức năng mã hóa dữ liệu ở tốc độ cao bằng phần cứng tích hợp với bộ xử lý ARM.

Mạch PCB cho radio board kết nối với sensor báo cháy.

Thực tế, nhu cầu thiết kế một nền tảng IoT (IoT platform) đủ mạnh có thể hỗ trợ cho việc thử nghiệm và phát triển các thành phần trong lĩnh vực thiết kế vi mạch trong IoT là cần thiết. Tuy nhiên, việc sử dụng SoC FPGA để thiết kế vi mạch có hiệu suất cao dùng cho các ứng dụng IoT có thể hỗ trợ trên diện rộng các chuẩn giao tiếp (có tăng cường tính năng bảo mật thông tin) vẫn chưa được nghiên cứu nhiều do hướng tiếp cận này còn khá mới.

Hơn thế, an toàn và bảo mật thông tin trong IoT là một nhu cầu vô cùng cấp thiết, nhất là về các kỹ thuật mã hóa, giải mã mật mã trên phần cứng.

Nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG TP Hồ Chí Minh) do TS. Huỳnh Hữu Thuận làm chủ nhiệm đã thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Thiết kế vi mạch dùng SoC FPGA cho các ứng dụng IoT có tính bảo mật cao”. Vi mạch đã được hiện thực hóa để kiểm chứng bằng sản phẩm mẫu là IoT platform (dùng cho hệ thống báo cháy) sử dụng SoC FPGA hỗ trợ mã hóa/giải mã mật mã với các chuẩn giao tiếp IoT (gồm Lora, Wi-Fi, BLE) và các giao tiếp ngoại vi (SPI, I2C, UART, GPIO).

Hệ thống thiết bị ngoại vi trên vi mạch.

Việc thiết kế thành công vi mạch SoC FPGA với các thuật toán mã hóa/giải mã mật mã (nhằm bảo đảm sự an toàn trong truyền thông tin) có kết hợp với các thành phần ngoại vi khác để thực hiện thành một platform ứng dụng trong lĩnh vực IoT sẽ có vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực dân sự lẫn quân sự. Hiện nay, các vi mạch liên quan đến lĩnh vực này đều được phát triển ở nước ngoài. Do đó, việc nghiên cứu và thiết kế vi mạch thâm nhập đến các lĩnh vực này là một bước khởi đầu quan trọng trong việc tiếp cận tiến đến làm chủ lĩnh vực công nghệ cao.

Theo TS. Huỳnh Hữu Thuận, vi mạch SoC FPGA sẽ là nền tảng để phát triển Gateway cho các ứng dụng xử lý tốc độ cao có kết hợp với mã hóa và giải mã mật mã với các IP phần cứng của các ứng dụng được phát triển thêm vào, tồn tại song song với các IP hiện có trong SoC FPGA. Các doanh nghiệp tiếp nhận chuyển giao công nghệ cũng có thể thay thế lõi ARM bên trong SoC FPGA bằng lõi RISC V để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh.