23 Vi mạch SoC FPGA cho ứng dụng IoT cần tốc độ và bảo mật cao mới nhất

Đây là sản phẩm mới của nhóm tác giả ở Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM.

Hiện nay, công nghệ IoT (Internet of Things) đang phát triển mạnh mẽ, vì vậy, thiết kế vi mạch dùng cho IoT cũng hết sức được quan tâm, cả ở trong và ngoài nước. Có nhiều phương pháp tiếp cận đến việc thiết kế vi mạch, một trong số đó là tiếp cận theo hướng tích hợp chip ARM và FPGA vào trong cùng một chip gọi là SoC FPGA.
SoC FPGA sở hữu nhiều ưu điểm và dễ dàng đáp ứng các yêu cầu ứng dụng IoT. Trên thế giới, việc nghiên cứu và sử dụng SoC FPGA trong các ứng dụng IoT phát triển khá mạnh, với hai công ty dẫn đầu về lĩnh vực này là Intel và Xilinx. Tuy nhiên, ở Việt Nam, 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.
Trong đề tài “Thiết kế vi mạch dùng SoC FPGA cho các ứng dụng IoT có tính bảo mật cao”, nhóm tác giả Trường Đại học Khoa học tự nhiên TPHCM đã xây dựng quy trình thiết kế vi mạch dùng SoC FPGA; biên dịch, thực hiện quá trình truyền dữ liệu giữa SoC ARM và FPGA; nghiên cứu thực hiện các lõi mã hóa, giải mã dữ liệu chạy trên SoC FPGA ở tốc độ 150-300 Mbps. Vi mạch kết hợp lõi ARM bên trong FPGA cho phép các khối phần cứng mã hóa, giải mã mật mã và các IP giao tiếp chạy ở tốc độ cao. Tốc độ này cho phép hệ thống được thiết kế có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực an ninh thông tin và hoàn toàn phù hợp cho các ứng dụng xử lý tín hiệu theo thời gian thực.

Chip SoC FPGA do nhóm thiết kế Ảnh: NNC
Hệ thống đầy đủ của SoC FPGA bao gồm 3 IP: AES-128, SHA-2 256 RSA-1024 bit, và các IP giao tiếp với ngoại vi như SPI, I2C, UART và USB Dongle WiFi.
C
ChipSoC FPGAđược thử nghiệm vào hệ thống báo cháy Ảnh: NNC
Ứng dụng chip SoC FPGA vào hệ thống báo cháy tự động cho thấy, khi sự cố đám cháy xảy ra, thời gian truyền tin báo cháy đến trung tâm xử lý dữ liệu chỉ khoảng 2 giây. Khoảng cách truyền tín hiệu tốt nhất giữa 2 thiết bị trong mạng là 50m, có thể mở rộng lên đến 120m. Tuy nhiên, ở khoảng cách này, tín hiệu truyền đi sẽ không tốt, hay bị chập chờn. Với khoảng cách thực tế như trên, hệ thống báo cháy hoàn toàn phù hợp để triển khai ở các tòa nhà cao tầng (chiều cao mỗi tầng thường không quá 10m).
Theo TS. Huỳnh Hữu Thuận, Chủ nhiệm đề tài, việc thiết kế thành công vi mạch SoC FPGA có vai trò 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.
Đề tài vừa được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu trong năm nay. Nhóm nghiên cứu có thể chuyển giao công nghệ thiết kế, sản xuất chip SoC FPGA cho các đơn vị có nhu cầu.