Tìm Hiểu Vi Xử Lý Di động ARM Và Qualcomm Snapdragon

Tìm hiểu Vi xử lý di động ARM và Qualcomm Snapdragon Trần Thu Hà 06/02/21

CPU viết tắt của chữ Central Processing Unit, tạm dịch là bộ xử lí trung tâm. CPU có thể được xem như não bộ – một trong những phần tử cốt lõi nhất của máy vi tính, smartphone, tablet... Nhiệm vụ chính của CPU là xử lý các chương trình, các phép tính và dữ kiện.

Hệ thống trên chip SoC (System-on-a-chip)

Đây là thành phần bạn nên biết đầu tiên. Khi nói đến bộ vi xử lý bên trong các smartphone hiện nay thực chất là đề cập đến hệ thống trên chip (system-on-a-chip hoặc viết tắt là SoC). Đây là thành phần kết hợp của nhiều thứ như các bộ vi xử lý (CPU), chip xử lý đồ họa (GPU), RAM và cũng có thể cả ROM, trình điều khiển USB và các công nghệ không dây cùng nhiều thứ khác nữa.

Ý tưởng đằng sau SoC là đưa tất cả những thành phần quan trọng của thiết bị vào một diện tích nhỏ trên thiết bị. Mục tiêu là để giảm kích thước vật lý của chúng trên bo mạch và giúp cho thiết bị chạy nhanh hơn, tiêu hao điện năng hiệu quả hơn. Ngoài ra, nó còn giúp làm giảm chi phí lắp ráp sản phẩm.

1.    ARM

Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32-bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế di động. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.

Các công ty sản xuất SoC như Nvidia, Texas Instruments (TI) và Samsung mua lõi xử lý do ARM sản xuất và phát triển để đưa vào các chipset tích hợp (với GPU, bộ nhớ và nhiều thứ khác) của họ. Đó là lý do tại sao SoC của nhiều công ty khác nhau có thể dùng chung một loại vi xử lý, chẳng hạn như cả OMAP3630 của TI và Exynos 3310 của Samsung đều sử dụng vi xử lý lõi đơn ARM Cortex-A8 tốc độ 1 GHz. Trong khi, hai SoC này lại sử dụng những thành phần đồ họa khác: OMAP3630 sử dụng GPU PowerVR SGX530 còn Samsung Exynos 3310 sử dụng GPU PowerVR SGX540.

ARM có hai thứ cơ bản là kiến trúc vi xử lý (microprocessor architecture) và bộ vi xử lý (processor core).

2 kiến trúc vi xử lí của ARM đó là ARMv6 và ARMv7. Hầu hết các bộ vi xử lý ARM mới trên các smartphone hiện nay sử dụng kiến trúc ARMv7. Kiến trúc ARMv6 được sử dụng trên các vi xử lý ARM11 tích hợp bên trong các smartphone dùng SoC cũ như HTC Dream và iPhone 3G.

Hiện nay, có hai loại vi xử lý ARM được dùng phổ biến là: ARM Cortex A8 và ARM Cortex A9. Cả hai loại vi xử lý này đều sử dụng kiến trúc ARMv7. Trong đó, ARM Cortex-A8 là vi xử lý lõi đơn, còn ARM Cortex-A9 là bộ vi xử lý nhiều lõi (lên tới bốn lõi). Ngoài việc có nhiều lõi hơn, A9 có tốc độ xử lý nhanh hơn các vi xử lý A8 trên mỗi đơn vị MHz (2.0 DMIPS/MHz và 2.5 DMIPS/MHz  - DMIPS hiểu đơn giản là thước đo tốc độ xử lý).

Bạn sẽ thấy bộ vi xử lý ARM Cortex-A8 trong các SoC như TI OMAP3 và Samsung SP5C (Hummingbird/Exynos 3xxx). Cortex-A9 xuất hiện trong dòng TI OMAP4, Samsung Exynos 4xxx, Apple A5, Tegra 2 và Tegra 3 của Nvidia.

2.    Qualcomm Snapdragon

Qualcomm hơi khác so với các nhà sản xuất SoC khác bởi họ không sử dụng hoàn toàn thiết kế vi xử lý của ARM. Hãng này dựa vào ARM Cortex-A8 và đưa ra các cải tiến để phát triển thành các vi xử lý Scorpion và Krait riêng của họ. Điều này rõ ràng đòi hỏi nhiều công nghiên cứu và phát triển hơn so với OMAP của TI hay Exynos của Samsung. Vì vậy, các vi xử lý của Qualcomm có tốc độ xử lý liên quan đến đa phương tiện tốt hơn và tiêu thụ điện hiệu quả hơn so với vi xử lý Cortex-A8 tiêu chuẩn.

So với hệ thống chip từ các đối thủ cạnh tranh, Snapdragon SoCs độc đáo ở chỗ có hỗ trợ tích hợp cho tín hiệu di động. Có nghĩa là, Các hãng sản xuất không cần phải sử dụng một con chip riêng biệt riêng biệt bên ngoài để điều khiển thu phát sóng dữ liệu. Từ Snapdragon S4, phần lớn các tính năng S4 SoCs như Wi-Fi, GPS/GLONASS và Bluetooth đều được tích hợp thẳng vào SoC. Tích hợp này làm giảm bớt sự phức tạp và chi phí trong các thiết kế. Nó cũng có lợi thế từ những tiến bộ trong quá trình sản xuất, ví dụ như 28 nm trên hầu hết S4 SoCs.

Các vi xử lý Scorpion và Krait được đưa vào các SoC Snapdragon của Qualcomm. Snapdragon có nhiều dòng (series) được đánh số từ S1 đến S4. Các Series tiếp theo được đổi cách đặt tên theo dạng Snapdragon 2xx, 4xx, 6xx, 8xx gồm Snapdragon 200, Snapdragon 400, Snapdragon  410, Snapdragon  600, Snapdragon 602A, Snapdragon 610, Snapdragon 615, Snapdragon 800, Snapdragon 801, Snapdragon 805, Snapdragon 808, Snapdragon 810. Số series càng lớn thì tốc độ xử lý càng mạnh và là những SoC mới ra gần đây nhất.

Các SoC Snapdragon của Qualcomm được đặt tên bằng cách sử dụng tên dòng (series), 3 ký tự cùng với dãy 4 con số phía sau (ví dụ CPU S4 Plus MSM8960). Các ký tự được dùng với Snapdragon gồm QSD (chỉ dùng với dòng S1 cũ), MSM với những thiết bị có kết nối không dây và APQ với thiết bị không có kết nối không dây. Về bốn con số, số đầu tiên (ví dụ 8xxx) thể thiện thứ hạng, trong đó 8 nghĩa là vi xử lý dùng trên thiết bị cao cấp và trung cấp, còn 7 là dùng trên thiết bị thấp cấp. Số thứ hai (ví dụ x2xx) dùng để phân biệt thiết bị GSM hoặc CDMA (số 2 là thiết bị GSM và 6 là CDMA). Hai số cuối cùng thường là đề cập về hiệu năng của vi xử lý: ví dụ MSM8255 là vi xử lý lõi đơn S2 1 GHz, còn MSM8260 là vi xử lý lõi kép S3 1.2 GHz.

Z10 là một trong những thiết bị tiêu biểu sử dụng CPU S4 Plus MSM8960

Các SoC Snapdragon S1 và S2 là lõi đơn với tốc độ tối đa lên tới 1.5 GHz và bộ vi xử lý bên trong là Scorpion. S1 là loại vi xử lý duy nhất được phép sử dụng trong thế hệ Windows Phone đầu tiên và cũng được dùng trong các điện thoại Android như HTC Desire, HTC Droid Incredible, Nexus One và HTC EVO 4G.

Snapdragon S2 được sử dụng trong nhiều sản phẩm hơn. S2 khác với S1 là có bộ vi xử lý đồ họa mạnh hơn và được sản xuất trên quy trình 45nm (S1 sản xuất trên quy trình 65nm) nên có tốc độ xung nhịp CPU lớn hơn. Bạn sẽ thấy vi xử lý Snapdragon S2 MSM8x55 trong nhiều điện thoại Android như HTC Desire HD, HTC Desire S, HTC Thunderbolt và một số điện thoại dòng Xperia của Sony Ericsson như Xperia Play.

Dòng SoC Snapdragon S2 còn có phiên bản có tốc độ xử lý nhanh hơn là MSM8x55T với tốc độ xử lý từ 1.4 GHz đến 1.5 GHz. Loại SoC này được dùng trong các điện thoại Windows Phone thế hệ hai như các điện thoại Lumia của Nokia, HTC Titan và Samsung Focus S. Nó cũng được sử dụng trong một vài điện thoại Android như HTC Flyer và Samsung Galaxy W.

Snapdragon S3 là bước nhảy từ lõi đơn lên lõi kép và được cải thiện mạnh mẽ về đồ họa. Những SoC này được sản xuất trên quy trình 45nm và các bộ vi xử lý Scorpion được sử dụng vẫn dựa trên Cortex-A8, khác với SoC lõi kép của các hãng khác sử dụng công nghệ Cortex-A9 mới hơn. Bạn sẽ thấy S3 MSM8x60 tốc độ 1.2 - 1.5 GHz trong các sản phẩm như HTC Sensation, HTC EVO 3D, HTC Rezound và một số mẫu Samsung Galaxy S II.

Ngoài những khác biệt về chip xử lý và đồ họa cùng với quy trình sản xuất nhỏ hơn, mỗi dòng Snapdragon mới còn có những cải tiến về các khả năng khác như độ phân giải camera, độ phân giải màn hình và các tác vụ về đa phương tiện.

- Snapdragon S1: Hỗ trợ màn hình độ phân giải 720p, mở video độ phân giải 720p và quay phim 720p. Hỗ trợ camera lên tới 12 megapixel. Hỗ trợ kết nối tới HSPA.

- Snapdragon S2: Cải thiện hỗ trợ kết nối HSPA+. Phần cứng đồ họa tốt hơn.

- Snapdragon S3: Hỗ trợ màn hình độ phân giải WSXGA (1440 x 900 pixel), phát và quay video độ phân giải 1080p. Hỗ trợ đầy đủ các khả năng 3D và camera lên tới 16 megapixel. Hỗ trợ âm thanh vòm Dolby 5.1 và khả năng chống nhiễu.

Snapdragon S4 không sử dụng vi xử lý Scorpion mà chuyển sang dùng bộ vi xử lý Krait mới của Qualcomm. Krait cho phép tăng số lõi trong SoC lên tới bốn lõi ở tốc độ lên tới 2.5 GHz mỗi lõi và được sản xuất trên quy trình 28nm mới. S4 cũng được cải thiện rất lớn về GPU và các khả năng khác như hỗ trợ kết nối LTE, HDMI, màn hình 1080p, camera lên tới 20 megapixel, 4 microphone để ghi âm và chống nhiễu, hỗ trợ âm thanh vòm Dolby 7.1, Wi-Fi hai dải tần và Bluetooth 4.0. Qualcomm còn cho biết CPU trong SoC mới này tiêu hao điện ít hơn do được sản xuất trong quy trình mới 28nm. Snapdragon S4 được chia thành bốn dòng nhỏ, bao gồm S4 Play (MSM8625, MSM8225), S4 Plus (MSM8960, MSM8660A, MSM8260A, MSM8627, MSM8227, APQ8060A), S4 Pro (APQ8064, MSM8960T) và S4 Prime với sức mạnh tăng dần. Tuy S4 Prime là mạnh nhất song S4 Pro mới là lựa chọn phổ biến nhất trong giới smartphone cấp cao.

Snapdragon 200

- Bốn nhân ARM Cortex-A5, xung nhịp tối đa 1,4GHz mỗi nhân​

- Bộ xử lí tín hiệu số Hexagon QDSP5​

- GPU Adreno 203​

- RAM LPDDR2​

- Phát lại video độ phân giải HD​

- Tùy chọn bộ thu phát sóng di động CDMA hoặc UMTS​

- GPS độ chính xác cao​

- Hỗ trợ đa SIM, hai SIM hai sóng ở trạng thái chờ​

- Hỗ trợ camera tối đa 8MP

Snapdragon 200 hướng tới những chiếc smartphone phổ thông dành cho Trung Quốc và các thị trường mới nổi khác, chip mới giải quyết được được các nhu cầu giải trí nhưng vẫn đảm bảo được thời lượng pin tốt. 6 con chip đều có từ 2 đến 4 nhân, xung nhịp tối đa 1.4GHz, chip đồ họa Adreno 302 và được sản xuất trên dây chuyền công nghệ 28 nm.

Ngoài ra, dòng chip Snapdragon 200 còn hỗ trợ kết nối HSPA+ (tốc độ tối đa 21 Mbps), TD-SCDMA, hỗ trợ 2 camera trước (5MP) và sau (8MP), chức năng định vị IZAT, hỗ trợ máy có nhiều SIM (tối đa 3 SIM), công nghệ sạc nhanh Quick Charge 1.0 giúp máy sạc nhanh hơn 40% và chơi tốt với các hệ điều hành phổ biến hiện nay như Android, WP và Firefox OS

Snapdragon 200 là dòng thấp nhất trong số các CPU Snapdragon 200, 400, 600 và 800, hướng tới những máy smartphone phổ thông nhưng vẫn phải đảm bảo đủ các yêu cầu về làm việc, chơi game và giải trí. Hiện nay đã có một số máy được trang bị chip Snapdragon 200 như HTC Desire 600 và Galaxy Win.

Galaxy Win là thiết bị tầm trung của Samsung sử dụng CPU Snapdragon 200

Snapdragon 400

CPU: Hai nhân Krait , xung nhịp tối đa 1,7GHz, hỗ trợ xử lí đa luồng không đồng bộ, hứa hẹn mang lại hiệu năng cao nhưng vẫn giữ mức độ tiêu thụ điện thấp. Bốn nhân ARM Cortex-A7, xung nhịp tối đa 1,4GHz mỗi nhân, dành cho các thiết bị tầm thấp. GPU Adreno 305, hỗ trợ chơi game 3D Hỗ trợ bộ thu phát sóng với các công nghệ phổ biến trên thế giới, bao gồm TDSCDMA, DC-HSPA+ (42Mbps), 1x Advanced, W+G CDMA. Hỗ trợ đa SIM, hai SIM hai sóng ở chế độ chờ (DSDS), hai SIM ở cả chế độ kích hoạt (DSDA) Hỗ trợ RAM LPDDR2 hoặc LPDDR3 Hỗ trợ camera tối đa 13,5MP, âm thanh cao cấp, quay và phát lại video Full-HD 1080p, hỗ trợ Miracast . SoC Snapdragon 400 sẽ có các mã hiệu như sau: 8226, 8626, 8230, 8630, 8930, 8030AB, 8230AB, 8630AB và 8930AB.

Galaxy S4 Mini dùng chip Snapdragon 400

Snapdragon 800

Qualcomm cho biết mẫu Snapdragon 800 có thể mang lại hiệu năng cao hơn 75% so với S4 Pro nhờ việc sử dụng dây chuyền sản xuất 28nm High Performance for mobile (HPm), trong khi S4 Pro chỉ là dây chuyền 28nm thông thường. Lượng điện tiêu thụ cũng nhờ đó mà giảm xuống. Qualcommcho biết thêm rằng SoC 800 sử dụng bốn nhân CPU Krait 400 (xung nhịp tối đa 2,3GHz mỗi lõi), GPU Adreno 330, DSP Hexagon v5 và bộ thu phát sóng 4G LTE Cat 4 (150 Mbps) hứa hẹn tăng cường hiệu quả hoạt động của toàn hệ thống.

Kiến trúc Symmetric multiprocessing (SMP) mà Qualcomm dùng cho Snapdragon 800 mang lại khả năng nhận biết năng lượng động (dynamic power sensing) và kiểm soát hiệu năng tối đa của mỗi nhân CPU, trong khi vẫn đảm bảo tiết kiệm pin mà không cần đến một nhân xử lí đặc biệt ( Qualcomm đang muốn nói đến nhân phụ xuất hiện trong Tegra 3/4).

Galaxy Note 3 sử dụng chip Snapdragon 800

Về phần GPU Adreno 330, Qualcomm nói nó có thể mang lại khả năng tính toán cao hơn gấp 2 lần so với thế hệ Adreno 320. Snapdragon 800 sẽ hỗ trợ hai RAM LP-DDR3 32bit chạy ở 800MHz, cho phép băng thông di chuyển dữ liệu lên đến 12,8GBps. Bộ xử lí tín hiệu số (DSP) Hexagon V5 cung cấp khả năng tính toán dấu chấm động, chạy đa luồng động (dynamic multithreading) cũng như mở rộng các lệnh chỉ dẫn giúp giảm năng lượng tiêu thụ. Ngoài ra chúng ta còn có công nghệ IZat kết hợp nhiều hệ thống định vị với nhau với độ chính xác cao.

Một điểm thú vị khác nữa của Snapdragon 800 đó là nó được tích hợp kết nối Wi-Fi 802.11ac, thế hệ Wi-Fi mới nhất cho phép tốc độ và vùng phủ sóng tốt hơn nhiều so với chuẩn 802.11n đang được dùng phổ biến hiện nay. Tính đến thời điểm này thì cũng đã có nhiều router Wi-Fi ac được tung ra thị trường từ nhiều công ty khác nhau.

Ngoài ra, Snapdragon 800 hỗ trợ kết nối USB 3.0, Bluetooth, FM, cho phép ghi và phát lại hình ảnh ở độ phân giải Ultra HD @ 30fps hoặc 2560 x 2048 @ 60fps. Các thiết bị dùng SoC này có thể sử dụng với màn hình độ phân giải cao nhất là 2560 x 2048, còn việc truyền video không dây qua giao thức Miracast thì dừng lại ở Full-HD 1080p. Chip xử lí tín hiệu hình ảnh kép dành cho "Qualcomm Snapdragon Camera" hỗ trợ camera tính toán tốt hơn. Còn về âm thanh 7.1, hai công nghệ nâng cao chất lượng là DTS-HD và Dolby Digital Plus sẽ được Qualcomm đưa vào con chip của mình.

Trong khi đó, Qualcomm Snapdragon 600 thì có cấu hình thấp hơn một chút, tuy nhiên nó vẫn mang lại hiệu năng cao hơn 40% so với Snapdragon S4 Pro trong khi tiêu thụ ít điện hơn. SoC 600 sử dụng bốn nhân CPU Krait 300 với tốc độ tối đa 1,9GHz, GPU Adreno 320 và hỗ trợ bộ nhớ LPDDR3. Kết nối 4G LTE 150Mbps, Wifi 802.11ac, Miracast đều có mặt đầy đủ trên SoC 600.

HTC One M7 sử dụng chip Snapdragon 600

Snapsdragon 615 là thế hệ mới nhất trong dòng snapdragon 600 của gia đình Qualcomm. Chip 615 được trang bị bộ vi xử lý với 8 nhân 64 bit hỗ trợ 4G LTE, cho sự cân bằng giữa sức mạnh và hiệu suất làm việc đồng thời cũng giảm tối đa tiêu hao pin cho thiết bị. Thiết bị sử dụng chip này đầu tiên đó chính là HTC Desire 820, và gần đây nhất là OPPO R5.

OPPO R5 được tích hợp chip snapdragon 615 Không hài lòng bài viết