Từ A4 đến A11 Bionic: hành trình tiến hóa của chip di động Apple A Series

Không có gì phủ nhận rằng Apple đã tạo ra một trong những smartphone tốt nhất thị trường. Đại gia công nghệ vừa trình diễn những thành viên mới nhất trong gia đình iPhone, đánh dấu kỷ niệm 10 năm iPhone ra đời. Thay vì ra mắt 2 sản phẩm, Apple đã ra 3 iPhone mới gồm iPhone 8, 8 Plus và iPhone X.

Phần lớn mọi người quan tâm nhiều về các tính năng và thiết kế song có một bộ phận ấn tượng với phần cứng mà Apple tạo ra bên trong iPhone. Chúng ta hầu như đều được nghe nói về nó ít nhất một lần mỗi khi Apple ra mắt iPhone mới.

Đó chính là bộ vi xử lý tích hợp (chipset, còn gọi là SoC - System on Chip) dòng A Series của Apple. Trước khi chuyển sang dòng A, Apple đã dùng chipset PoP (package on package) dựa trên kiến trúc ARM kết hợp vi xử lý đồ họa PowerVR. iPhone đầu tiên đã dùng chipset APL0098, có CPU ARM11 đơn lõi 412 MHz và một GPU PowerVR MBX Lite do Samsung sản xuất trên quy trình 90nm.

Apple vừa giới thiệu chip mới A11 Bionic khi ra mắt bộ ba iPhone mới

Apple chuyển sang SoC dòng A Series nổi tiếng sau khi iPhone 3GS ra đời và hiện dòng chip A này đang được dùng trên iPad, iPod touch và thậm chí cả Apple TV. Cácc hip A Series do Apple thiết kế, Samsung hoặc TSMC tham gia sản xuất. Về mặt kỹ thuật, dòng A4 là vi xử lý series A đầu tiên của Apple. Nó kết hợp một CPU Cortex-A8 với một GPU PowerVR 535 và tập trung vào tính năng tiết kiệm năng lượng. Con chip này được giới thiệu trên iPad đầu tiên, sau đó là iPhone 4, iPod touch 4 và Apple TV thế hệ 2. Chip A4 có xung nhịp 1GHz dùng trong máy iPad, sản xuất trên quy trình chế tạo chip 45nm của Samsung. Xung nhịp cho iPhone 4 và iPod touch thế hệ thứ 4 là 800MHz.

Chip A5 là dòng chip tiếp theo thay thế cho A4. Chip A5 xuất hiện lần đầu tiên khi Apple iPad 2 ra vào tháng 3/2011. Nó cũng được dùng trong iPhone 4S ra vào cuối năm 2011. Chip này bao gồm CPU Cortex-A9 ARM lõi kép và GPU PowerVR SGX543MP2 lõi kép. Theo Apple, A5 có xung nhịp 1GHz trên iPad 2 và nó có thể điều chỉnh tốc độ xung nhịp để tiết kiệm pin. Xung nhịp của loại chip dùng trên iPhone 4S là 800MHz. Trong khi A5 vẫn dựa trên quy trình 45nm, một phiên bản nâng cấp lên tiến trình 32nm của vi xử lý này đã được dùng trên Apple TV thế hệ 3, iPod Touch thế hệ 5, iPad Mini và phiên bản mới của iPad 2. Biến thể 32nm của A5 được cho là có thời lượng pin tốt hơn 12% khi lướt web, tốt hơn 30% khi hơi game 3D và xấp xỉ 20% thời lượng pin khi xem video.

Apple A5X ra mắt tiếp theo vào tháng 3/2012 khi Apple ra iPad 3. A5X là biến thể hiệu suất cao của Apple A5 và Apple nói nó có hiệu suất đồ họa của A5. SoC A5X có đồ họa lõi tứ (PowerVR SGX543MP4) thay vì lõi kép như trước, cũng như có điều khiển bộ nhớ kênh bốn, mang lại băng thông bộ nhớ 12.8GB/giây, gấp 3 lần so với A5. CPU chạy trên xung nhịp 1GHZ giống như A5 nhưng RAM trong A5X tách riêng với gói CPU chính.

Chip A6 đến vào tháng 9/2012 khi Apple ra iPhone 5 và một năm sau A6 vẫn được dùng trong iPhone 5C. Nó là SoC PoP (package on package). Chip A6 nhanh gấp đoi và có sức mạnh đồ họa gấp đoi so với A5. Chip A6 còn nhỏ hơn 22% và tiêu thụ ít điện năng hơn so với A5. ARMv7 tùy biến của Apple dựa trên CPU lõi kép gọi là Swift có xung nhịp 1.3GHz và GPU PowerVR SGX 543MP3 ba lõi 266 MHz. A6 do Samsung sản xuất trên quy trình 32nm.

Apple A6X cũng ra mắt trong năm đó và được dùng trên iPad 4 vào tháng 10/2012. Nó là phiên bản nâng cấp của A6 và Apple tuyên bố A6X có hiệu suất CPU gấp đôi, đồ họa gấp đôi so với A5X. Cũng như A6, SoC sử dụng CPU Swift lõi kép, nhưng có GPU lõi tứ mới, bộ nhớ 4 kênh và xung nhịp cao hơn 1.4GHz. Nó dùng GPU PowerVR SGX 554MP4 lõi tứ tích hợp và bộ nhớ bốn kênh. So với A6, A6X lớn hơn 30%, nhưng nó vẫn được Samsung sản xuất trên quy trình 32nm.

Apple A7 ra vào năm 2013, là SoC 64bit được dùng đầu tiên trên iPhone 5s ra vào 10/9/2013. Chip A7 cũng được dùng trên iPad Air, iPad Mini 2 và iPad Mini 3. Theo Apple, A7 nhanh gấp đôi và có sức mạnh đồ họa gấp đôi A6. A7 có CPU lõi kép ARMv8-A 64 bit xung nhịp 1.3 – 1.4GHz, gọi là Cyclone cùng một GPU PowerVR G6430 tích hợp trong một cấu hình bốn cụm. Giống như tất cả các phiên bản A Series trước, A7 do Samsung sản xuất trên quy trình 28nm.

A8 với hệ thống 64-bit xuất hiện trên iPhone 6 và iPhone 6 Plus được giới thiệu vào ngày 9/9/2014. Chip A8 cũng được sử dụng trên iPad Mini 4 một năm sau. Apple cho biết A8 có hiệu năng CPU cao hơn 25% và hiệu suất đồ họa 50% so với Apple A7. A8 được trang bị vi xử lý ARMv8-A 1.4GHz và GPU PowerVR GX6450 được tích hợp trong một cấu hình bốn cụm. A8 được TSMC sản xuất theo quy trình 20 nm. Nó chứa 2 tỷ bóng bán dẫn và mặc dù số lượng bóng bán dẫn tăng gấp đôi so với A7, kích thước vật lý của nó đã giảm 13%.

A8X là hệ thống SoC 64-bit được giới thiệu đầu tiên trên iPad Air 2 vào tháng 10/2014. Đây là phiên bản hiệu suất cao của A8, có hiệu năng CPU cao hơn 40% và gấp 2,5 lần hiệu năng đồ họa của Apple A7. A8X sử dụng CPU 3 nhân, GPU PowerVR GXA6850 tám lõi tốc độ 450Mhz mới, bộ nhớ kênh đôi và tốc độ xung nhịp CPU là 1.5 GHz. A8X do TSMC sản xuất trên quá trình chế tạo 20nm với 3 tỷ bóng bán dẫn.

Năm 2015, Apple phát hành phiên bản A9, một hệ thống dựa trên ARM 64-bit do Apple thiết kế. A9 lần đầu tiên xuất hiện trong iPhone 6S và 6S Plus. Apple cho biết chip A9 có hiệu suất CPU cao hơn 70% và hiệu năng đồ họa cao hơn 90% so với Apple A8. Đây là chipset đầu tiên được hai hãng Samsung sản xuất trong quy trình FinFET LPE 14 nm và TSMC sản xuất trong quy trình FinFET 16 nm. Chip A9 được sử dụng trong cả iPhone SE và iPad năm 2017.

iPad Pro được phát hành vào năm 2015 sử dụng chip Apple A9X. Đó là hệ thống vi xử lý 64-bit, cung cấp gấp 1,8 lần hiệu suất CPU và gấp 2 lần hiệu năng GPU so với Apple A8X. Nó được TSMC sản xuất trên quy trình FinFET 16 nm.

Năm ngoái, Apple giới thiệu A10 Fusion, một hệ thống ARM 64-bit lần đầu tiên xuất hiện trên iPhone 7 và 7 Plus vào tháng Chín. Nó có một thiết kế lõi tứ mới với hai lõi hiệu suất cao, và hai lõi nhỏ hơn. A10 Fussion do TSMC sản xuất trong quy trình FinFET 16 nm.

Đầu năm nay, Apple A10X Fusion đã được công bố, là một hệ thống ARM 64-bit. A10X xuất hiện đầu tiên trên iPad Pro 10.5 inch và iPad Pro 12.9 inch thế hệ thứ hai, cả hai máy được công bố vào ngày 5/6/2017. A10X là một phiên bản cao hơn của A10 có hiệu năng CPU nhanh hơn 30% và hiệu suất GPU nhanh hơn 40% so với A9X. Nó được TSMC sản xuất trên quy trình FinFET 10 nm.

Apple A11 Bionic được sử dụng trong cả ba máy iPhone mới

Cuối cùng là chip A11 Bionic mới. Apple đã chính thức công bố A11 Bionic mới hôm giới thiệu iPhone 2017. A11 Bionic dùng trong iPhone X, iPhone 8 và 8 Plus. Đây là một hệ thống vi xử lý 64-bit có hai lõi hiệu năng cao nhanh hơn 25% so với Apple A10 và bốn lõi hiệu suất cao nhanh hơn 70% so với các lõi hiệu suất năng lượng trong A10. SoC A11 Bionic năm nay có thêm con chip Neural Engine mới chịu trách nhiệm xử lý các tác vụ trí tuệ nhân tạo (AI), trong đó có tính năng nhận dạng khuôn mặt, điểm nổi bật của iPhone X mới. Dự kiến ​​chip này sẽ là tương lai của các sản phẩm sắp tới của Apple và thậm chí chúng ta có thể nhìn thấy A11 Bionic trong iPad mới.

Hoàng Lan