Thêm thông tin về SoC Exynos 7420 của Galaxy S6: 14nm, bán dẫn 3D, GPU mạnh hơn, RAM nhanh hơn...

Vậy chuyện đó ảnh hưởng như thế nào? Chuyên gia Joshua Ho, một người có kinh nghiệm trong lĩnh vực bán dẫn và thiết kế vi điện tử, cho biết rằng việc giảm kích thước bóng bán dẫn sẽ giúp cải thiện xung nhịp và mức độ tiêu thụ điện của chip, thế nhưng các đường interconnect kim loại cũng sẽ gây ra ảnh hưởng về hiệu năng bởi vì chúng sẽ tỏa nhiệt do điện trở của chính mình. Bên cạnh đó, interconnect kim loại còn là tác nhân gây ức chế xung nhịp do bản chất của mạch tụ-trở.

Joshua Ho tạm kết lại: "Điều này có nghĩa là Intel vẫn tiếp tục dẫn đầu ở một khoảng cách đáng kể về quy trình sản xuất, bởi việc giảm kích thước interconnect là cực kì khó ở dưới ngưỡng 20nm khi mà các vấn đề liên quan đến điện trở và điện dung đều xuất hiện nhiều hơn".

Thêm thông tin về hệ thống interconnect đời mới dạng Network-on-Chip:

Theo truyền thống, các mạch IC (nói rộng ra là các mạch bán dẫn) được thiết kế với các đường kết nối từ điểm này đến điểm khác, một dây dẫn sẽ dùng cho một tín hiệu khác nhau. Với thiết kế chip ngày càng phức tạp, cách thức nói trên càng lúc càng bộc lộ nhiều hạn chế. Các dây dẫn chiếm quá nhiều diện tích, và với công nghệ CMOS thì những đường interconnect còn ảnh hưởng đến cả hiệu năng và khả năng tản nhiệt động.

Chính vì thế, thay vì sử dụng những dây dẫn truyền thống, người ta nghĩ ra Network-on-Chip (NoC). Đây là một mạng lưới các dây dẫn được liên kết chặt chẽ và nó có khả năng giảm thiểu sự phức tạp trong thiết kế dây dẫn, ngoài còn có thể dự đoán tốt hơn các yếu tố tốc độ, năng lượng, độ nhiễu, mức độ ổn định... nhờ vào cấu trúc thông thường và dễ kiểm soát của NoC.

Từ góc nhìn của một người thiết kế hệ thống, với sự xuất hiện của các con chip đa nhân, NoC là sự lựa chọn rất tự nhiên. Một NoC sẽ cung cấp sự tách bạch về việc tính toán và giao tiếp, hỗ trợ thiết kế kiểu module và có thể xài lại thông qua những giao tiếp tiêu chuẩn.

Bán dẫn ba chiều FinFET

Trong cụm từ chỉ quy trình sản xuất của Exynos 7420 còn có chữ FinFET. Đây là cụm từ được dùng để mô tả một bóng bán dẫn hai cổng dạng không phẳng. Nó được phát triển dựa trên thiết kế của transistor một cổng (DELTA) đi trước. Tính chất khác biệt của FinFET đó là các kênh truyền dẫn được bọc lại bởi một lớp "vảy" (fin) silicon mỏng, từ đó tạo nên hình thù cho bóng bán dẫn và giúp quyết định độ dài kênh hiệu dụng của bóng. Bạn có thể nhìn vào hình bên dưới cho dễ hiểu.


AMD, IBM và Motorola mô tả việc phát triển các bóng bán dẫn hai cổng của mình là FinFET, trong khi Intel thì tránh không dùng từ này để nói về kiến trúc bán dẫn ba cổng (tri-gate, hay 3D transitor, vốn được dùng trên CPU thế hệ Ivy Bridge về sau) mặc dù nó có liên hệ mật thiết với FinFET. Thực chất, trong môi trường kĩ thuật, FinFET có thể được dùng để chỉ bất kì transistor nào có nhiều cổng và có "vảy" như đã nói ở trên, không quan trọng bao nhiêu cổng.

Samsung và các đối tác của hãng đã bắt đầu thử nghiệm vi xử lý 14nm FinFET được một thời gian. Hồi tháng 12/2012 hãng tuyên bố về việc sản xuất thành công con chip đầu tiên trên quy trình này. Đến đầu tháng 2 thì công ty lại tiếp tục thông báo về việc sản xuất hàng loạt chip Exynos 7 Octa 14nm FinFET và bây giờ thì chúng ta đã biết được đó là con chip nào.


ARM Cortex-A57/53 và cấu trúc big.LITTLE

Trong SoC Exynos 7420, phân CPU của nó được cấu thành từ 4 lõi ARM Cortex-A57 kết hợp với 4 lõi Cortex-A53, điều đó làm cho 7420 trở thành một con chip 8 lõi. Hệ thống nhân xử lý này được cấu hình theo cấu trúc big.LITTLE để có thể chạy song song nhau hoặc lần lượt tùy theo nhu cầu sức mạnh của máy đang đòi hỏi là bao nhiêu. Trước đây hai nhân này đã từng được xài trên Exynos 5433, chính là con chip của Galaxy Note 4 bản bán tại Việt Nam.

Và đó chưa phải là tất cả. Phiên bản big.LITTLE của cả Exynos 7420 và 5433 đều có khả năng xử lý hỗn tạp (Heterogeneous Multi-Processing - HMP, còn được gọi là là Global Task Scheduling - GTS). Kĩ thuật này giúp cho một vài hoặc cả 8 nhân có thể hoạt động tại cùng một thời điểm chứ không chỉ là từng cụm 4 nhân như chip Exynos Octa đời đầu tiên. Bạn có thể có 1 nhân A57 chạy chung với 3 nhân A53, 2 nhân A57 chạy cùng 4 nhân A53, hoặc tất cả các nhân đều được kích hoạt lên hết tùy tình huống, từ đó tận dụng tối đa khả năng của chip cũng như tiết giảm xuống mức thấp nhất có thể việc tiêu thụ điện năng.


Exynos 7420 cũng SoC đầu tiên trong dòng Exynos hỗ trợ đầy đủ tất cả tập lệnh của kiến trúc ARMv8, bao gồm cả tập AArch64 (64-bit) và AArch32 (32-bit). Trong khi đó, theo trang Android Authority, con chip Exynos 5433 trước đây chỉ dùng đến AArch32 mặc dù cùng được thiết kế trên các linh kiện và đặc tả kĩ thuật của ARMv8. Nhờ việc hỗ trợ hoàn toàn cho điện toán 64-bit nên 7420 sẽ giúp S6 và S6 Edge hoạt động nhanh hơn trong bối cảnh bộ nguồn ART của Android 5.0 đã được tối ưu hóa cho vi xử lý 64-bit. Nếu muốn tìm hiểu thêm về AArch64 thì mời bạn xem ở đây.

Tất nhiên, các phần mềm bên thứ ba có tận dụng được tốt điều này hay không thì còn tùy thuộc vào lập trình viên, và bạn sẽ chỉ nhận thấy rõ các khác biệt khi sử dụng những app nặng chứ còn những phần mềm nhẹ nhàng như máy tính, điện thoại, email thì sẽ không có sự cải thiện rõ rệt khi từ 32-bit lên 64-bit.

So với Qualcomm, con chip Snapdragon 810 mới của hãng cũng dùng 4 nhân Cortex-A57, 4 nhân Cortex-A53 và cũng hỗ trợ đầy đủ 64-bit. Tuy nhiên, Snapdragon 810 lại được sản xuất trên dây chuyền bán dẫn phẳng 20nm. Điều này có nghĩa là về mặt lý thuyết, Exynos 7420 sẽ nhanh hơn và xài ít điện hơn. Tất nhiên để so sánh cụ thể thì chúng ta sẽ phải chờ có thiết bị thực tế thì mới đo được là hơn bao nhiêu.

GPU cũng được nâng cấp

Không chỉ làm mới phần nhân CPU, Samsung còn nâng cấp phần nhân của bộ xử lý đồ họa cho Exynos 7420. GPU Mali-T760 MP6 trước đây từng có trên SoC của Note 4 giờ đã trở thành Mali-T760 MP8 với xung nhịp cao hơn (từ 700MHz lên thành 772MHz ở mức tối đa), số nhân thì tăng từ 6 lên thành 8 nhân. Đây là điều cần thiết để đảm bảo rằng máy đủ sức gánh màn hình Quad HD với độ phân giải 2560 x 1440, trong khi vẫn đạt được những cải thiện về mặt hiệu năng so với con chip tiền nhiệm.


Nhìn chung, GPU Mali T-760 dùng trong 7420 cung cấp hiệu năng đồ họa tốt hơn 74% so với 5 Octa. Nó còn hỗ trợ màn hình độ phân giải tối đa 2560 x 1600, chuẩn nén H.265, có thể mã hóa và giải mã video 4K. Ngoài ra hãng sản xuất còn tích hợp bộ xử lý hình ảnh kép vào Exynos 7 Octa để giúp thiết bị quay phim độ phân giải 16 megapixel với camera trước và 5 megapixel với camera sau cùng lúc ở tốc độ 30fps.

Ngoài ra, nhờ công nghệ bán dẫn nhỏ lại mà việc tiêu thụ điện được tối ưu hơn do tình trạng rò rỉ điện tử đã bị giảm đi đáng kể so với thế hệ trước. Samsung cho biết việc chuyển qua dùng 14nm đã giúp hãng giảm đi mức độ tiêu thụ điện vào khoảng 35% và nó góp phần rất lớn vào việc cho phép hãng tăng xung nhịp của GPU.

So sánh điểm số benchmark bằng AnTuTu giữa Galaxy S6 với Note 4, chúng ta có thể thấy sự gia tăng về mặt hiệu năng khá rõ ràng. Tất nhiên, các phép benchmark thì không phải lúc nào cũng phản ánh đúng thực tế sử dụng nhưng ít nhất nó cũng là bằng chứng xác nhận rằng Samsung thực chất đã đạt được một sự cải tiến gì đó về hiệu năng cũng như tốc độ truy xuất dữ liệu.


Hỗ trợ RAM và bộ nhớ trong nhanh hơn

Bộ điều khiển bộ nhớ của SoC Exynos 7420 hỗ trợ chuẩn RAM mới là LPDDR4. Và để tận dụng điều đó, Samsung đã gắn RAM LPDDR4 cho Galaxy S6 và S6 Edge để giúp tăng tốc độ truy xuất dữ liệu của hệ thống. Được biết Samsung sản xuất dòng chip nhớ nói trên bằng dây chuyền 20nm, chúng tiêu thụ chỉ 1,1 Volt điện thế - thấp hơn 40% so với chip 4 gigabit LPDDR3 hiện tại của Samsung - trong khi tốc độ thì nhanh hơn gấp đôi, lên đến 3200Mbps (tương đương 400MB/s). Tốc độ này có thể dể dàng đảm đương việc xem phim Ultra-HD 4K hoặc các tấm ảnh chụp liên tục từ camera 20 megapixel.

Không chỉ để mắt đến RAM, Samsung còn muốn tăng tốc cả bộ nhớ trong nữa. Exynos 7420 hỗ trợ tiêu chuẩn Universal Flash Storage (UFS) 2.0 và hãng đã nhanh chóng đưa chip nhớ sử dụng chuẩn này vào Galaxy S6 và S6 Edge với dung lượng tối đa lên đến 128GB. Các chip nhớ nói trên hứa hẹn mang lại tốc độ đọc ngẫu nhiên nhanh gấp 2,7 lần so với smartphone cao cấp và gấp 12 lần so với thẻ nhớ. Điều đáng khen ngợi nhất là chip flash mới sẽ tiết kiệm pin 50% so với các con chip hiện tại đồng thời cho phép ghép chồng lên con chip logic để tiết kiệm 50% diện tích so với các giải pháp eMMC cũ.

Exynos 7420 và bộ thu nhận LTE Cat 6

Có lẽ phần gây bất ngờ nhất của Exynos 7420 đó là nó có thể dùng chung với một bộ thu nhận tín hiệu không dây (modem) Exynos Modem 333. Đây là một bộ thu nhận do chính Samsung phát triển và nó có khả năng hỗ trợ chuẩn mạng LTE Cat 6. Trong khi đó, Galaxy S5 bản LTE ra mắt hồi năm ngoái phải dùng cả SoC lẫn giải pháp modem của Qualcomm.


Tốc độ tối đa của Cat 6 là 300Mbps hứa hẹn mang lại trải nghiệm tốt hơn khi sử dụng Internet di động. Để bạn dễ so sánh thì iPhone 6 hiện hỗ trợ LTE Cat 4 với tốc độ tối đa chỉ 150Mbps. Nhưng để tận hưởng được hết lợi thế nói trên thì bạn phải dùng một mạng hỗ trợ Cat 6, và số lượng nhà mạng đó trên thế giới không nhiều, chủ yếu ở Hàn Quốc và một số nước Châu Âu.

Qualcomm hiện cũng có modem LTE Cat 6 của riêng họ và thậm chí còn phát triển được modem Cat 10 với tốc độ tối đa là 450Mbps. Tuy nhiên tính đến bây giờ thì chưa có nhà mạng nào chính thức triển khai mạng LTE Cat 10 thương mại cả nên về cơ bản là bạn sẽ chưa dùng được hết công năng của nó.