Năm 2025 đánh dấu bước ngoặt trong hành trình nghiên cứu của PGS.TS Phạm Kim Ngọc, Trưởng Bộ môn Vật liệu Nano và Màng mỏng, Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG-HCM). Chị là một trong ba nhà khoa học nữ Việt Nam được vinh danh tại giải thưởng danh giá L’Oréal – UNESCO Vì sự phát triển phụ nữ trong khoa học (For Women in Science) với đề án “Nghiên cứu và chế tạo linh kiện, vi mạch trở nhớ ứng dụng làm khớp thần kinh nhân tạo trong hệ thống tính toán mô phỏng não”.

Trong cuộc trò chuyện với Phụ nữ Mới, PGS.TS Phạm Kim Ngọc chia sẻ về niềm đam mê dẫn lối chị vào thế giới vật liệu nano và linh kiện bán dẫn, câu chuyện phía sau công trình được trao giải, cũng như khát vọng đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn Việt Nam.

PGS.TS Phạm Kim Ngọc

Điều gì đã đưa chị đến với lựa chọn trở thành nhà nghiên cứu vật liệu nano và linh kiện bán dẫn?

Tôi đến với Khoa học Vật liệu từ năm 2002, khi ngành học này vừa được Nhà trường mở ra dưới sự dẫn dắt của GS.TS Lê Khắc Bình. Khi ấy, đây còn là một lĩnh vực khá mới mẻ tại Việt Nam nhưng lại chứa đựng vô vàn tiềm năng. Những bài giảng đầu tiên đã cho tôi thấy sức hấp dẫn của vật liệu mới, vật liệu tiên tiến và nhất là khả năng ứng dụng rộng rãi của chúng trong công nghệ tương lai.

Trong quá trình học và làm nghiên cứu, tôi nhận ra rằng vật liệu bán dẫn và linh kiện bán dẫn chính là “trái tim” của mọi thiết bị điện tử hiện đại. Sự phát triển của lĩnh vực này gắn liền với những bước nhảy vọt của khoa học, công nghệ toàn cầu. Nhờ nhiều chương trình hỗ trợ nghiên cứu, đặc biệt là từ Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED), Quỹ Đổi mới sáng tạo và các quỹ của ĐHQG-HCM, nhóm chúng tôi có cơ hội triển khai các dự án nghiên cứu về chip trở nhớ hướng đến ứng dụng trong trí tuệ nhân tạo.

Khi bắt tay vào hướng nghiên cứu này, chúng tôi thực sự bị cuốn hút. Mỗi ngày trong phòng thí nghiệm đều mở ra những câu hỏi mới, thách thức mới và cả những cảm hứng mới. Tôi mong rằng trong tương lai, nhóm có thể đóng góp thêm những kết quả giá trị, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn Việt Nam.

PGS.TS  Phạm Kim Ngọc làm thí nghiệm cùng sinh viên

Chị có thể chia sẻ rõ hơn về đề án đã mang lại giải thưởng L’Oréal – UNESCO cho mình năm nay?

Hiện nay, AI đang phát triển với tốc độ bùng nổ, kéo theo nhu cầu tính toán ngày càng tăng. Tuy nhiên, kiến trúc máy tính truyền thống, gọi là kiến trúc von-Neumann, với bộ xử lý và bộ nhớ tách biệt  đã bắt đầu bộc lộ giới hạn. Dữ liệu liên tục chuyển qua lại giữa hai thành phần này tạo nên cái gọi là “nút thắt cổ chai von-Neumann”. Điều này khiến quá trình huấn luyện và vận hành các mô hình AI vừa tốn kém năng lượng, vừa không đạt tốc độ mong muốn.

Đề án của chúng tôi tiếp cận một hướng đi đột phá hơn: tính toán trong bộ nhớ (In-Memory Computing – IMC). Ở kiến trúc này, việc xử lý được thực hiện ngay trong bộ nhớ thay vì phải di chuyển dữ liệu liên tục, từ đó tiết kiệm năng lượng và tăng tốc độ tính toán đáng kể.

Trung tâm của nghiên cứu là trở nhớ (memristor), một thiết bị điện tử có khả năng lưu trữ nhiều mức trạng thái tương tự khớp thần kinh trong não bộ. Điểm mạnh của trở nhớ là kích thước nhỏ, khả năng lưu trữ trạng thái liên tục (analog), tiêu thụ năng lượng thấp và dễ dàng tích hợp thành mảng lớn để mô phỏng mạng nơ-ron.

Nhóm tập trung vào loại trở nhớ tự chỉnh lưu (self-rectifying memristor – SRM), giúp tăng độ tin cậy, hạn chế dòng rò và nâng cao hiệu suất của mạch. Nghiên cứu được triển khai từ cấp độ vật liệu, lựa chọn, chế tạo và đặc trưng  đến cấu trúc linh kiện và cuối cùng là tích hợp thành vi mạch mẫu.

Mục tiêu của chúng tôi là từng bước xây dựng nền tảng cho hệ thống tính toán mô phỏng não, vốn được xem là tương lai của trí tuệ nhân tạo hiệu năng cao.

PGS.TS Phạm Kim Ngọc giới thiệu sản phẩm nghiên cứu đến đoàn làm việc của World Bank.

Những ứng dụng thực tế nào mà công trình của chị có thể mang lại trong tương lai?

Nếu trở nhớ được ứng dụng rộng rãi, hệ thống tính toán sẽ chuyển sang một hướng hoàn toàn mới – phi von-Neumann. Khi đó, phần cứng AI có thể học và xử lý thông tin theo cách gần với não bộ hơn: song song, nhanh chóng và tiêu thụ năng lượng cực thấp.

Tiềm năng ứng dụng trải rộng ở nhiều lĩnh vực: Thiết bị AI nhúng trong điện thoại, cảm biến thông minh, thiết bị IoT; Robot học tập và điều chỉnh hành vi theo môi trường; Hệ thống phân tích dữ liệu lớn trong an ninh, giao thông, y tế; AI xanh, bền vững, giúp giảm lượng năng lượng tiêu thụ trong các trung tâm dữ liệu.

Đối với Việt Nam, điều quan trọng hơn cả là việc phát triển hướng nghiên cứu này sẽ góp phần hình thành năng lực nội địa về thiết kế và chế tạo linh kiện mới. Tôi và nhóm luôn ấp ủ hy vọng có thể chế tạo được một chip trở nhớ “Made in Vietnam”, dù hành trình đó chắc chắn còn dài và đòi hỏi nỗ lực của nhiều thế hệ.

PGS.TS Phạm Kim Ngọc nhận giải thưởng giải danh giá của L’Oréal – UNESCO Vì sự phát triển phụ nữ trong khoa học (For Women in Science).

Là Trưởng Bộ môn Vật liệu Nano và Màng mỏng, chị truyền cảm hứng thế nào cho sinh viên, đặc biệt là các nữ sinh muốn theo đuổi con đường khoa học?

Tôi rất may mắn khi được học tập và làm việc trong môi trường có những thầy cô đi trước luôn tận tâm và đam mê. Chính sự nhiệt huyết ấy đã giúp tôi giữ được lửa nghề. Và tôi muốn tiếp tục truyền lại tinh thần đó cho thế hệ trẻ.

Trong nhóm nghiên cứu, chúng tôi luôn khuyến khích sinh viên và các học viên cao học tham gia trực tiếp vào quá trình chế tạo vật liệu, chế tạo linh kiện và chạy thử nghiệm. Những kiến thức các bạn học trong lớp trở nên sống động hơn khi được áp dụng vào thực tế. Và khi nhìn thấy sản phẩm mình tạo ra, cho dù chỉ là một bước tiến nhỏ, các bạn sẽ cảm nhận được ý nghĩa của việc làm nghiên cứu.

Nhiều bạn đã có công bố khoa học, tham gia viết bài báo hoặc trở thành đồng tác giả trong các sáng chế liên quan đến chip trở nhớ. Tôi tin rằng khi các bạn được trao cơ hội và được tin tưởng, bản thân các bạn sẽ tự tin vượt qua giới hạn của chính mình.

PGS.TS Phạm Kim Ngọc: "Tôi và nhóm luôn ấp ủ hy vọng có thể chế tạo được một chip trở nhớ “Made in Vietnam”

Giải thưởng L’Oréal – UNESCO Vì sự phát triển phụ nữ trong khoa học 2025 có ý nghĩa gì đối với chị?

Đối với tôi, giải thưởng là sự ghi nhận quý giá dành cho cả tập thể. Không có nghiên cứu nào chỉ do một cá nhân thực hiện. Đằng sau mỗi kết quả là sự đóng góp của đồng nghiệp, của các bạn sinh viên, của những đêm trực phòng thí nghiệm và những lần thất bại rồi lại kiên trì làm lại từ đầu.

Giải thưởng cũng là lời động viên mạnh mẽ dành cho các nhà khoa học nữ Việt Nam, những người đang cố gắng cân bằng giữa nghiên cứu và nhiều vai trò khác trong cuộc sống. Tôi mong rằng sự ghi nhận này sẽ tiếp thêm niềm tin cho các bạn trẻ, đặc biệt là nữ sinh, rằng khoa học không phải là cánh cửa đóng kín. Chỉ cần có đam mê và sự kiên trì, các bạn hoàn toàn có thể bước vào và tạo ra những đóng góp quan trọng cho xã hội.