Nhìn lại hành trình 10 năm thiết kế chip di động của Samsung (Phần 2)

18/07/2021, 08:12

Sau 6 năm thiết kế, Samsung đã sử dụng CPU ARM cho toàn bộ vi xử lý Exynos. Cho đến Exynos 8890 ra mắt vào năm 2016, ông lớn Hàn Quốc đã cho thấy một sự thay đổi lớn khi quyết định dùng CPU tùy biến riêng, Mongoose thế hệ đầu do hãng tự phát triển.

2016: Exynos chuyển sang dùng CPU tùy chỉnh

Samsung đã trang bị bốn nhân Mongoose M1 cho các tác vụ hiệu năng cao kết hợp cùng bốn nhân ARM Cortex-A53 hiệu năng thấp trên Galaxy S7. Bộ vi xử lý 14 nm này cũng được quảng cáo là có GPU Mali-T880 MP12, hỗ trợ độ phân giải màn hình 4K và RAM LPDDR4.

Đây còn là vi xử lý đầu tiên của Samsung hỗ trợ camera kép 12 MP + 12 MP (hoặc camera đơn có độ phân giải tối đa 24 MP) cùng camera selfie lên đến 13 MP.

Tuy Exynos 8890 hỗ trợ quay 4K ở 60fps, nhưng trên thực tế, các thiết bị dòng Galaxy S7 chạy Exynos không được trang bị tính năng này. Nguyên nhân có thể là do biến thể Galaxy S7 dùng chip Snapdragon 835 không hỗ trợ quay 4K 60fps nên Samsung đã quyết định cắt giảm để tạo sự đồng nhất.

Trong bài đánh giá hiệu năng các chipset hàng đầu của thế giới Android vào năm 2016, Exynos 8890 chỉ đứng sau Kirin 960 về hiệu năng CPU, song lại thua thiệt về GPU so với Qualcomm và Huawei. Bù lại, phiên bản Galaxy S7 chạy Exynos tiết kiệm điện năng hơn so với dùng Snapdragon, theo đánh giá của GSMArena.

2017: Sự trỗi dậy của CPU tùy biến

Một năm sau khi ra mắt nhân CPU tự phát triển, Samsung đã tinh chỉnh để mang đến một vài thay đổi lớn. Exynos 8895 là sản phẩm được xây dựng trên tiến trình 10 nm, mang lại không gian và khả năng tiết kiệm điện năng đáng kể. Bên trong con chip là CPU tám nhân gồm bốn nhân Mongoose M2 và bốn nhân Cortex-A53.

Đây cũng là năm Samsung đầu tư nâng cấp GPU khi trang nhân đồ họa Mali-G71 MP20 của ARM cùng 20 lõi bên trong, một điểm vượt trội hơn so với Huawei khi dùng chung GPU nhưng chỉ dừng lại ở tám nhân thông thường. Qua các bài kiểm tra hiệu năng GPU, điểm chuẩn của chip Exynos nhà Samsung cao hơn so với Kirin của Huawei.

Các tính năng đáng chú ý khác của Exynos 8895 bao gồm độ phân giải màn hình 4K, kết nối Gigabit LTE, bộ nhớ lưu trữ UFS 2.1 và hỗ trợ RAM LPDDR4X. Samsung cũng đã ra mắt cái được gọi là "đơn vị xử lý thị giác" VPU, chuyên đảm nhận các tác vụ liên quan đến thị giác máy tính như nhận dạng cảnh và vật thể. Điều này được xem là một bước đột phá lớn trong lĩnh vực học máy trên chip bán dẫn.

Bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP) của Exynos 8895 hỗ trợ độ phân giải cao lên đến 28MP cho mỗi camera sau và trước với các tính năng nâng cao như Smart WDR và lấy nét theo pha PDAF. Exynos 8895 có ISP kép với một ISP dành cho ảnh chất lượng cao và một ISP dành cho tiết kiệm điện năng. Do đó, nó cho phép kết hợp nhiều tình huống máy ảnh kép khác nhau để có trải nghiệm chụp ảnh tuyệt vời trong khi vẫn tiêu thụ ít năng lượng.

Về khả năng quay video, nó cho phép thiết bị ghi hình ở độ phân giải 4K ở 60 và 120 khung hình/giây. Nhưng trên sản phẩm thương mại, tính năng này lại không được kích hoạt. Dù vậy, người dùng am hiểu công nghệ vẫn có thể thực hiện một số cách không chính thống để mở khóa.

Các tính năng phụ trợ không thể không kể đến trên Exynos 8895 là khả năng cung cấp các bit bảo mật chuyên dụng để xử lý xác thực sinh trắc học (như vân tay, mống mắt), bảo vệ bộ nhớ flash và một số biện pháp bảo mật nâng cao khác.

2018: Phiên bản cải tiến thông thường

Exynos 9810 của năm 2018 chỉ là một bản nâng cấp lặp đi lặp lại so với Exynos 8895 khi vẫn tiếp tục tập trung vào hai cải tiến đáng chú ý trên CPU và GPU.

Đối với CPU, Samsung duy trì thiết kế tám lõi hai cụm nhưng sử dụng các nhân CPU hoàn toàn mới. Lần này, Samsung mang đến bốn nhân Mongoose M3 kết hợp cùng bốn nhân Cortex-A55. Và các nhân A55 hiệu năng thấp này vẫn được giữ và trang bị trên các vi xử lý Exynos hàng đầu của Samsung ngày nay.

Đối với GPU, công ty đã chuyển sang Mali-G72 MP18 của ARM. Một lần nữa, Samsung chọn trang bị nhiều nhân hơn so với SoC Kirin của đối thủ Huawei (Mali-G72 MP12).

Mặt khác, chipset vẫn được thiết kế dựa trên tiến trình 10 nm và hỗ trợ các tính năng như RAM LPDDR4X, UFS 2.1, độ phân giải màn hình 4K và quay 4K ở 120 khung hình/giây. Tuy nhiên, hãng đã không quên cải thiện tốc độ truyền tải lên 1,2Gbps thông qua chuẩn kết nối LTE và camera kép 16MP + 16MP (hoặc camera đơn 24MP).

Chưa kể, đây còn là bộ vi xử lý Exynos hàng đầu cuối cùng được Meizu sử dụng. Về sau, thương hiệu này bắt tay cùng Qualcomm để trang bị chip Snapdragon lên các flagship. Những năm gần đây, Vivo đã hợp tác cùng Samsung để sử dụng chip Exynos cho các mẫu máy tầm trung của mình như một giải pháp tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu năng ổn định.

2019: Định hướng kế hoạch phát triển cho Exynos trong tương lai

Exynos 9820 ra mắt năm 2019 của Samsung là khởi đầu cho một số hướng phát triển mới mà công ty vẫn tiếp tục áp dụng trong các chipset ngày nay.

Trước tiên, nhà sản xuất Hàn Quốc học hỏi MediaTek khi thiết kế và chia CPU thành ba cụm phân theo từng cấp độ từ nặng đến nhẹ, gồm hai nhân Mongoose M4, hai nhân Cortex-A75 và bốn nhân Cortex-A55.

Samsung cũng lần đầu tiên tiếp bước Huawei, giới thiệu bộ xử lý thần kinh (NPU). Hãng tuyên bố, nhờ trang bị phần cứng riêng biệt, tốc độ xử lý các tác vụ máy học trên Exynos 9820 nhanh hơn gấp bảy lần so với 9810 tiền nhiệm. Về GPU, chip Exynos được trang bị nhân Mali-G76 MP12, cải thiện 40% hiệu suất đồ họa hơn phiên bản cũ.

Trong các bài kiểm tra hiệu năng giữa Exynos 9820 và Snapdragon 855, chipset của Samsung tỏ ra vượt trội hơn về hiệu suất CPU đơn nhân. Song, đây lại là điểm vượt trội duy nhất mà Exynos có được khi chip Snapdragon cho hiệu năng xử lý đồ họa cao hơn, ít nóng hơn và tiết kiệm pin hơn.

Có lẽ tính năng ấn tượng nhất của Exynos 9820 là hỗ trợ độ phân giải 8K 30fps khi quay video. Trái lại, đó chỉ là tiền đề để Samsung phát triển nên không có smartphone nào vào thời điểm năm 2019 được trang bị.

Cũng có khả năng Samsung "cố nhồi nhét" thêm để chip Exynos của mình tỏ ra vượt trội hơn đối thủ vì Snapdragon 855 của Qualcomm không hỗ trợ quay video ở độ phân giải 8K.

Một số ưu điểm khác của Exynos 9820 là được tích hợp bộ xử lý hình ảnh có khả năng hỗ trợ tối đa 5 ống kính, camera trước và sau tương ướng với độ phân giải tối đa 22 MP, cũng như chuẩn quay video 4K 120fps.

Đến cuối năm 2019, Samsung tiếp tục ra mắt bản nâng cấp Exynos 9825 trên dòng Galaxy Note 10. Song, kết quả kiểm tra hiệu năng cho thấy chipset mới của Samsung vẫn yếu hơn Snapdragon 855 của Qualcomm, nhất là về hiệu suất đồ họa.

2020: Samsung hụt hơi trong việc phát triển chip Exynos

Dấu hiệu rõ nhất cho thấy sự yếu kém của chip Exynos trong năm 2020 là không được trang bị trên các mẫu Galaxy S20 tại quê nhà Hàn Quốc. Trước đó, Samsung thường bán ra phiên bản dùng chip tự phát triển tại thị trường trong nước.

Trên lý thuyết, Exynos 990 là một SoC tương đối tốt khi được sản xuất trên tiến trình 7 nm và sở hữu tám nhân CPU tạo thành kiến trúc ba cụm riêng biệt. Bao gồm hai nhân Mongoose M5 sẽ đảm nhận xử lý các tác vụ nặng, hai nhân Cortex-A76 cho tác vụ trung bình và hai nhân Cortex-A55 cho tác vụ nhẹ, nhằm tiết kiệm năng lượng.

Nhưng đây lại là chip Exynos cao cấp cuối cùng dùng nhân Mongoose tự phát triển của Samsung. Cuối năm 2019, Samsung quyết định đóng cửa bộ phận nghiên cứu phát triển CPU tùy biến và chuyển sang dùng CPU của ARM. Về mặt đồ họa, Exynos 990 trang bị GPU Mali-G77 MP11.

Thử nghiệm cho thấy Galaxy S20 Plus chạy Exynos 990 tỏ ra thua thiệt hơn so với biến thể dùng Snapdragon 865 trong khá nhiều bài kiểm tra điểm chuẩn. Ít nhất thì Exynos 9820 của năm 2019 vẫn cung cấp hiệu suất lõi đơn tốt hơn. Trong khi Exynos 990 đều kém cạnh hơn cả so với đối thủ về mọi mặt, riêng hiệu suất GPU yếu thế hơn là điều dễ nhận biết nhất trong trải nghiệm thường ngày.

Mặc dù vậy, phần còn lại của chipset đã được hoàn thiện tốt, cho thấy Samsung vẫn có khả năng tạo ra các tính năng cao cấp khác. Đơn cử như modem 5G, hỗ trợ các tiêu chuẩn mmWave và sub 6GHz, cùng với chuẩn lưu trữ UFS 3.0 và RAM LPDDR5. Ngoài ra còn có một bộ xử lý thần kinh lõi kép NPU và bộ xử lý tín hiệu số DSP cung cấp hiệu suất lên tới 15 nghìn tỷ phép tính mỗi giây, tương đương Snapdragon 865.

Ngoài ra, bộ vi xử lý đầu bảng năm 2020 của Samsung cũng lần đầu tiên hỗ trợ màn hình tần số quét cao 120 Hz ở độ phân giải QHD + (2K). Đi kèm với đó là khả năng tương thích với phần cứng camera khủng, bao gồm một camera chính có độ phân giải tối đa 108 MP, hay camera kép 24.5 MP + 24.5 MP, cùng với đó là có thể "gánh" 6 ống kính và xử lý dữ liệu đồng thời từ ba cảm biến cùng lúc.

Tính năng quay video 8K trong năm 2020 đã được Samsung ứng dụng vào thực tế và sử dụng nó như một chế độ chụp liên tục thông qua tùy chọn Video Snap 8K, tức cắt hình ảnh từ đoạn phim được quay ở độ phân giải cao mà không lo bỏ lỡ bất kỳ khoảnh khắc nào.

2021: Bước chuyển mình mang tính cách mạng

Những tưởng 2021 sẽ là năm kết thúc bộ phận phát triển chip Exynos sau khi Samsung đóng cửa mảng nghiên cứu CPU tùy biến. Nhưng hãng đã công bố hợp tác với ông lớn đồ họa AMD để cung cấp một GPU mới trên chip xử lý Exynos vào năm 2022.

Quảng cáo

Đây cũng là lần đầu tiên sau nhiều năm Samsung quay trở lại sử dụng toàn bộ nhân CPU từ ARM. Và may mắn thay, Exynos 2100 được thiết kế trên tiến trình 5 nm đã tạo được tiếng vang khi mang lại hiệu suất tăng đáng kể không thua kém gì vi xử lý từ Qualcomm.

CPU vẫn giữ thiết kế tám nhân chia thành ba cụm gần giống hệt Snapdragon 888, bao gồm một nhân Cortex-X1, ba nhân Cortex-A78 và bốn nhân Cortex-A55. GPU Mali-G78 MP14 năm nay không được trang bị nhiều nhân như Kirin 9000 (Mali-G78 MP24), nhưng vẫn đảm bảo tăng hiệu suất gần 50% so với Exynos 990 của năm ngoái.

Dù vẫn kém hơn Snapdragon về hiệu năng GPU, Exynos 2100 đã thu hẹp khoảng cách so với phiên bản tiền nhiệm. Nhưng đó lại được xem là một điểm tốt vì nhiệt lượng từ con chip Samsung tỏa ra không nhiều như Snapdragon 888, vốn bị nhiều người phàn nàn là tỏa nhiệt chỉ sau một thời gian ngắn sử dụng.

Bên cạnh đó, Exynos 2100 là chipset đầu tiên của Samsung được tích hợp thẳng modem 5G. Điều này giúp cải thiện hiệu suất hơn so với các bộ xử lý có modem rời. Chưa hết, SoC mới còn được tăng cường khả năng học máy, NPU từ lõi kép vào năm 2020 nay được nâng lên thành thiết kế ba lõi. Samsung cho biết sự thay đổi này giúp tăng hiệu suất AI khi có thể xử lý 26 nghìn tỷ phép tính mỗi giây.

Phần còn lại của bảng thông số Exynos 2100 khá cao cấp trong năm 2021 khi hỗ trợ RAM LPDDR5, chuẩn lưu trữ UFS 3.1, tần số quét 144Hz ở QHD +, 120Hz ở độ phân giải 4K và giải mã AV1. Samsung cho biết hiển thị 120Hz ở 4K sẽ giúp tiết kiệm băng thông đáng kể khi phát trực tuyến video qua các dịch vụ hỗ trợ AV1.

Về phần cứng máy ảnh, Exynos 2100 tương thích với camera độ phân giải lên đến 200 MP, ống kính kép 32 MP và hỗ trợ lên đến 6 cảm biến, bên cạnh tính năng quay video 8K 30fps vẫn được duy trì từ thế hệ cũ.

2022: Điều gì đang chờ Samsung phía trước?

Năm sau sẽ đánh dấu một kỷ nguyên mới trong lịch sử phát triển chip Exynos của Samsung, khi công ty chuyển sang dùng GPU AMD cho những nỗ lực nâng cao khả năng xử lý trên smartphone của mình. Nguồn tin từ CEO AMD, Tiến sĩ Lisa Su cho biết Samsung sẽ bật mí thêm thông tin về chipset mới vào cuối năm nay. Ngay cả Android Authority cũng nhận được xác nhận từ phía hãng điện thoại Hàn Quốc rằng thế hệ kế nhiệm của Exynos 2100 sẽ sử dụng nhân xử lý đồ họa của AMD.

Về CPU, Samsung vẫn tiếp tục phát triển dựa trên công nghệ của ARM với tám nhân ba cụm, có thể bao gồm một nhân Cortex-X2, ba nhân Cortex-A710 và bốn nhân Cortex-A510.

Câu hỏi đặt ra rằng liệu các nhân CPU dựa trên công nghệ của ARM có giúp chip xử lý mới của Samsung vượt qua Qualcomm hay không, nhất là khi công ty này vừa mua lại NUVIA và sẽ ra mắt SoC đầu tiên hỗ trợ các công nghệ mới giúp tăng hiệu suất CPU vào năm 2022.

Trong một tuyên bố, Qualcomm cho biết sự bùng nổ của 5G là nguyên nhân khiến họ thâu tóm NUVIA, công ty do các cựu nhân viên Apple thành lập với mục tiêu nghiên cứu các thiết kế lõi CPU để tùy chỉnh hiệu năng cao cho các máy chủ dựa trên kiến ​​trúc ARM. Việc Qualcomm mua lại NUVIA có khả năng giúp ​​công ty phát triển các chipset Snapdragon trong tương lai với CPU tùy chỉnh giống như cách Apple đã làm với chip M1.

Nhìn chung, 2022 sẽ là năm khởi đầu cho một chặng đường mới cho vi xử lý Exynos. Việc hợp tác cùng AMD hứa hẹn sẽ mang đến nhiều thay đổi trong tương lai.

Ngọc Diệp

Bài liên quan
Samsung ra mắt Galaxy Watch 4 Golf Edition đáp ứng nhu cầu golfer
Phiên bản đặc biệt của Galaxy Watch 4 dành riêng cho người chơi golf vừa được “ông lớn” công nghệ Hàn Quốc trình làng có giá từ 5,8 triệu đồng.
Nổi bật Việt báo
Đừng bỏ lỡ
Mới nhất
POWERED BY ONECMS - A PRODUCT OF NEKO
Nhìn lại hành trình 10 năm thiết kế chip di động của Samsung (Phần 2)