Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng - Viện Công nghệ Thông tin - Đại học Quốc gia Hà Nội

Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng Trang chủ / Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng Địa chỉ: Phòng 610, nhà E3 – Viện Công nghệ Thông tin, Đại học Quốc gia Hà Nội GS.TS. Trần Xuân Tú Trưởng phòng Email: tutx@vnu.edu.vn Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng là đơn vị nghiên cứu phát triển và đào tạo sau đại học thuộc Viện Công nghệ Thông tin, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng hiện tại có hai nhóm nghiên cứu: (i) Nhóm nghiên cứu Hạ tầng công nghệ số;
(ii) Nhóm nghiên cứu Hệ thống tích hợp thông minh & AIoT. Các hướng nghiên cứu chính bao gồm: Hạ tầng cơ sở dữ liệu kết nối Hệ thống nhúng và ứng dụng Internet vạn vật (IoT) Hệ thống trên chip, mạng trên chip Thiết kế phần cứng cho AI & IoT Thiết kế công suất thấp Thiết kế phần cứng bảo mật Công nghệ FPGA/ASIC Bên cạnh các hoạt động nghiên cứu khoa học, phát triển và chuyển giao công nghệ, Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng cũng tổ chức các hoạt động đào tạo bồi dưỡng năng lực khoa học công nghệ cho các đối tác, học viên về các lĩnh vực chuyên sâu nêu trên.
Các nhóm nghiên cứu của phòng cũng tích cực tham gia các hoạt động hội nghề nghiệp, tổ chức các hội nghị, hội thảo khoa học quốc tế, quốc gia trong lĩnh vực đồng thiết kế phần cứng – phần mềm.
Trung tâm Nghiên cứu Thiết kế Vi mạch và Ứng dụng có hợp tác với các nhóm nghiên cứu đến từ các trường đại học, tổ chức khoa học công nghệ trong và ngoài nước như: Đại học Grenoble Alpes, CEA-Leti (Pháp), Đại học Công nghệ Sydney (Úc), Đại học UC Davis (Hoa Kỳ), Đại học Điện tử – Truyền thông UEC, Đại học Aizu (Nhật), Học viện Kỹ thuật Quân sự, Ban Cơ yếu chính phủ (VN)... Bên cạnh đó, Trung tâm cũng có hợp tác chặt chẽ với các doanh nghiệp như: Toshiba (Nhật), Synopsys, Global Foundry, Muse Semiconductor (Hoa Kỳ), TSMC (Đài Loan), FPT, VNPT Technology (VN)... Đội ngũ GS.TS. Trần Xuân Tú – Trưởng phòng TS. Đinh Văn Dũng TS. Bùi Duy Hiếu TS. Nguyễn Đức Trung ThS. Phan Đăng Khoa KS. Đào Mạnh Hiệp – Nghiên cứu sinh KS. Nguyễn Ngô Doanh – Nghiên cứu sinh ThS. Phan Thị Quỳnh Hương – Nghiên cứu sinh ThS. Nguyễn Thị Huyền Trang – Nghiên cứu sinh ThS. Hoàng Việt Trung – Nghiên cứu sinh KS. Trần Đức Mạnh KS. Nguyễn Thế Anh KS. Phạm Hoàng Long KS. Nguyễn Đình Tới KS. Phạm Thị Huyền Trang Đội ngũ cộng tác viên GS. Phạm Công Kha – University of Electro-Communications, Nhật Bản GS. Francesca Iacopi – University of Technology Sydney, Úc GS. Vincent Beroulle – University Grenoble Alpes, Pháp GS. Ben Abdallah Abderazek – The University of Aizu, Nhật Bản PGS. Fawnizu Azmadi Hussin – Universiti Teknologi PETRONAS, Malaysia TS. Đặng Nam Khánh – The University of Aizu, Nhật Bản TS. Phạm Minh Triển – Trường Đại học Công nghệ TS. Lê Văn Thanh Vũ – Đại học Huế TS. Phan Hải Phong – Đại học Huế TS. Trần Đình Lâm – Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự TS. Nguyễn Duy Anh – Trường Đại học Giao thông vận tải TS. Đồng Phạm Khôi – Viện Nhiệt đới Việt – Nga TS. Mai Đức Thị – Học viện Kỹ thuật mật mã Một số đề tài, dự án khoa học công nghệ nổi bật 1. Nghiên cứu và xây dựng nền tảng mạng Internet kết nối vạn vật an toàn (Secu-IoT) Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và phát triển thành công nền tảng phần cứng, phần mềm cho các hệ thống Internet vạn vật (IoT) an toàn trên nền công nghệ FPGA. Bao gồm các mục tiêu cụ thể sau: (i) Nghiên cứu và phát triển nền tảng phần cứng (hệ thống trên chip và thiết bị IoT) an toàn trên nền công nghệ FPGA; (ii) Nghiên cứu và phát triển nền tảng phần mềm nhúng cho thiết bị IoT và tích hợp thiết bị IoT vào nền tảng điện toán đám mây cho phép thực hiện các chức năng như thu thập dữ liệu, phân tích và xử lý dữ liệu;
(iii) Phát triển ứng dụng demo trên nền điện thoại thông minh để hiển thị cho người dùng thông qua giao diện web hoặc giao diện ứng dụng trên điện thoại.
2. Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo vi mạch bảo mật dữ liệu ứng dụng trong IoT và phát triển thiết bị ứng dụng (ADEN4IoT) Hiện nay, vấn đề bảo mật cho các ứng dụng IoT đang là một chủ đề nóng trên thế giới bởi vì mức độ quan trọng và độ khó của việc thực hiện các chiến lược bảo mật cho các ứng dụng IoT. Bảo mật cho IoT liên quan đến nhiều tác nhân khác nhau như các thiết bị cuối, hệ thống và các giao thức truyền dẫn, bảo mật của dữ liệu ở tầng ứng dụng và thiết bị lưu trữ v.v... Các thiết bị IoT cũng có thể dễ dàng bị thu thập và sửa đổi bởi kẻ xấu.
Thêm nữa, để tối ưu về giá thành sản phẩm, thiết bị IoT được thiết kế là các thiết bị nhỏ ngọn có ràng buộc chặt chẽ về không gian bộ nhớ và sức mạnh tính toán.
Do vậy, tính năng bảo mật còn chưa được quan tâm phát triển đặc biệt là các tính năng bảo mật với thông lượng cao và công suất thấp.
Trong đề tài này, chúng tôi đề xuất nghiên cứu các phương pháp bảo mật dữ liệu và các giao thức bảo mật dựa trên thuật toán AES, một thuận toán đã được chuẩn hoá và đang được lựa chọn như là một thuật toán bảo mật dữ liệu chính cho các đề xuất IoT gần đây.
Trong dự án này, chúng tôi đã làm chủ các công nghệ thiết kế, mô phỏng, kiểm chứng vi mạch tích hợp.
Chúng tôi đã xây dựng thành công hệ thống trên chip dựa trên nền tảng mã nguồn mở Pulpino và xây dựng thiết kế của mô-đun bảo mật dữ liệu theo chuẩn IoT cho các ứng dụng IoT và chính phủ điện tử công suất thấp.
Vi mạch đã được thiết kế, thực thi layout, đảm bảo được các ràng buộc về mặt vật lý và đã được sản xuất bởi TSMC trên công nghệ 65nm.
Các công nghệ tối ưu vi mạch để đạt được công suất thấp đã được nghiên cứu và áp dụng vào thiết kế.
Một số mối hiểm họa với vi mạch bảo mật với các tấn công dùng lưu viết công suất tiêu thụ đã được phân tích.
Vi mạch bảo mật dữ liệu cho IoT và các ứng dụng chính phủ điện tử điện năng thấp đã được thử nghiệm tại Khu công nghệ cao Hòa Lạc.
Hệ thống gồm 3 thiết bị được kết nối với nhau thông qua giao thức BLE. Thiết bị thử nghiệm có thể thu thập các dữ liệu về chất lượng không khí như PM 2.5, PM10, nhiệt độ, độ ẩm và một số tiêu chí nước thải.
Dữ liệu được truyền qua mạng dưới dạng mã hóa và chìa khóa bí mật được thay đổi mỗi 30 phút.
Do vậy, kẻ tấn công nếu có nhận được các dữ liệu mã hóa này cũng không thể giải mã hoặc dùng các cách tấn công để tìm ra chìa khóa bí mật.
Vi mạch bảo mật dữ liệu đã được đo kiểm và đảm bảo hoạt động đúng như các chỉ tiêu đã đề xuất.
Bên cạnh việc phát triển phần cứng, nhóm nghiên cứu đã thực hiện xây dựng các API và các trình điều khiển cho các thiết bị trong hệ thống.
Các thư viện này được thiết kế ở dạng sẵn sàng để sử dụng cho tương lai.
Thiết bị bảo mật dữ liệu cũng có thể được sử dụng để mã hóa dữ liệu trên máy tính thông qua các giao diện lập trình trên máy tính.
Thông qua đề tài này, nhóm đã làm chủ được công nghệ thiết kế, mô phỏng và kiểm chứng vi mạch, làm chủ được quy trình thực thi thiết kế để sẵn sàng đi chế tạo trên công nghệ CMOS 65nm.
Chúng tôi tin rằng, với kết quả đã đạt được, chúng ta có thể thiết kế và xây dựng các hệ thống an toàn hơn trong ương lai để ứng dụng sâu hơn trong các ứng dụng cần tính bảo mật cao.
3. Nghiên cứu và phát triển bộ phát tín hiệu băng kép cho thiết bị Internet-of-Things ứng dụng trong nông nghiệp (IOTA) Với đề tài này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất và phát triển bộ thu phát công suất thấp băng tần kép.
Hai băng tần được lựa chọn là băng tần 2,4GHZ cho công nghệ WiFi và băng tần 1,8GHz cho công nghệ di động.
Thiết kế đề xuất có khả năng thu thập dữ liệu cho các hệ thống IoT cho nông nghiệp.
Việc tối ưu hóa công suất tiêu thụ cho phép thiết bị có thể hoạt động sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng tự thu thập được của thiết bị qua các nguồn khác như sóng vô tuyến.
Nhờ đó, các thiết bị IoT lấy năng lượng bằng cách thu thập từ môi trường có thể được triển khai một cách rộng rãi.
Nhờ các thiết bị này theo dõi các tham số phát triển của cây trồng và vật nuôi, nông dân có thể điều chỉnh các điều khiện cho phù hợp để tăng năng suất cây trồng và chăn nuôi.
Hình vẽ cho thấy sơ đồ khối của hệ thống thu phát vô tuyến.
Đây là một hệ thống phức tạp gồm nhiều thành phần như các bộ khuếch đại, các bộ trộn tần và vòng bám pha... Trong khuôn khổ đề tài, nhóm đã tập trung vào việc nghiên cứu và thực thi vi mạch khuếch đại công suất (PA) cho thiết bị thu phát băng tần kép dùng trong IoT cho nông nghiệp.
Khối khuếch đại công suất là một khối quan trọng trong hệ thống thu phát vô tuyến ảnh hưởng trực tiếp đến công suất phát của thiết bị.
Ngoài ra, nhóm cũng đã thực hiện khối điều khiển ngắt nguồn để tiết kiệm công suất tiêu thụ và năng lượng trong thời gian mạch điện không làm việc.
Một số công trình khoa học tiêu biểu trong 5 năm gần đây Duy-Anh Nguyen, Xuan-Tu Tran, Khanh N. Dang, Francesca Iacopi (2022). A low-power, high-accuracy with fully on-chip ternary weight hardware architecture for Deep Spiking Neural Networks.
Microprocessors and Microsystems 90, 104458 (SCI, IF 1.525). Marco Sarmiento, Khai-Duy Nguyen, Ckristian Duran, Trong-Thuc Hoang, Ronaldo Serrano, Xuan-Tu Tran, Koichiro Ishibashi, Cong-Kha Pham (2021). A Sub-μW Reversed-Body-Bias 8-bit Processor on 65-nm Silicon-On-Thin-Box (SOTB) for IoT Applications.
IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs.
(SCIE, IF 3.292, Q1) Khanh N. Dang, Akram Ben Ahmed, Abderazek Ben Abdallah, Xuan-Tu Tran (2021). HotCluster: A thermal-aware defect recovery method for Through-Silicon-Vias Towards Reliable 3-D ICs systems.
IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, Vol.
40. ISSN: 0278-0070. (SCI, IF 2.168, Q2) Duy-Anh Nguyen, Xuan-Tu Tran, Francesca Iacopi (2021). A Review of Algorithms and Hardware Implementations for Spiking Neural Networks.
Journal of Low Power Electronics and Applications, Vol.
11(2), 23. ISSN: 2079-9268. (e-SCI, Q3) Duy P. Nguyen, Xuan-Tu Tran, Anh V. Pham (2021). A wideband high dynamic range triple‐stacked FET dual‐shunt distributed analogue voltage controlled attenuator.
IET Microwaves, Antennas & Propagation, ISSN: 1751-8725. (SCI, IF 1.972, Q1) Khanh N. Dang, Akram Ben Ahmed, Abderazek Ben Abdallah, Xuan-Tu Tran (2020) A thermal-aware on-line fault tolerance method for TSV lifetime reliability in 3D-NoC systems.
IEEE Access, 8 . pp.
166642-166657. ISSN 2169-3536. (SCIE, IF 4.098, Q1) Dinh-Lam Tran, Xuan-Tu Tran, Duy-Hieu Bui, Cong-Kha Pham (2020). An Efficient Hardware Implementation of Residual Data Binarization in HEVC CABAC Encoder.
Electronics, vol.
9, issue 4, p.
684, April 2020. ISSN 2079-9292 (SCI, IF 2.397, Q1) Khanh N. Dang, Michael Meyer, Akram Ben Ahmed, Abderazek Ben Abdallah, Xuan-Tu Tran (2020). A non-blocking non-degrading multiple defects link testing method for 3D-Networks-on-Chip.
IEEE Access, 8, pp.
59571-59589. ISSN 2169-3536 (SCIE, IF 4.098, Q1) Duy Hieu Bui, Diego Puschini, Simone Bacles-Min, Edith Beigne, Xuan Tu Tran (2017). AES Datapath Optimization Strategies for Low-Power low-Energy Multi-security-level Internet-of-Thing Applications.
IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, Vol.
25, Issue 12, December 2017, pp.
3281-3290. ISSN 1063-8210. (SCI, IF 1.946)