MoChi là một kiến trúc SoC (System-on-Chip) do Marvell sáng chế ra. Nó cho phép tạo ra các SoC với nhiều thành phần theo dạng module, mỗi module có một chức năng riêng và đặc biệt là có thể sản xuất với quy trình bán dẫn khác nhau (ví dụ, module CPU dùng 14nm, module Wi-Fi dùng 32nm). Bằng cách này, MoChi sẽ giúp giảm chi phí phát triển cũng như sản xuất, từ đó hạ giá thành sản phẩm. Khách hàng của Marvell cũng có thể bỏ các thành phần không cần thiết và gắn thêm những gì họ cần với chi phí thấp. Lưu ý, kiểu "lắp ghép" này chỉ áp dụng ở khâu nhà sản xuất, còn khi đến tay người dùng cuối thì nó đã là con chip hoàn chỉnh rồi. Trong bài này, mời các bạn tìm hiểu thêm về MoChi và lợi ích của nó.
Trong nhiều năm qua, chi phí nghiên cứu và sản xuất của các công ty làm chip càng lúc càng tăng lên và xu hướng đó chưa có dấu hiệu dừng lại. Những dây chuyền bán dẫn mới và công nghệ mới, như 20nm, 14nm và sắp tới là 10nm, đã cho phép các công ty gia tăng mật độ transitor và giảm mức độ tiêu thụ điện, thế nhưng chi phí để làm ra một sản phẩm còn rất cao. Việc một công ty nào đó phải chi nhiều triệu đô la để phát triển một thế hệ chip mới không còn là chuyện hiếm. Trong bối cảnh thị trường đang cạnh tranh mới, có nhiều công ty cùng cung cấp sản phẩm như nhau thì áp lực cạnh tranh đã khiến các công ty phải nhanh chóng tìm ra giải pháp kiểm soát chi phí này để có thể làm ra chip rẻ hơn, tiết kiệm điện hơn, song vẫn phải đáp ứng được yêu cầu và sức mạnh cho khách hàng.
Để giải quyết vấn đề này, hồi đầu năm nay Marvell đã công bố kiến trúc SoC Modular Chip (MoChi) do chính hãng thiết kế. MoChi sẽ module hóa những con chip SoC thành nhiều phần, khi đó người ta chỉ cần sản xuất các phần quan trọng nhất trên quy trình mới nhất, những phần còn lại có thể xài quy trình cũ để tiết kiệm chi phí. Ví dụ đơn giản như sau: Một SoC cơ bản gồm có phần nhân CPU, phần kết nối, phần bộ nhớ RAM. Phần CPU là phần quan trọng, nó có thể được sản xuất trên dây chuyền 14nm để đạt hiệu năng cao nhất có thể, đồng thời tiết kiệm điện hơn. Trong khi đó, phần logic kết nối và RAM thì có thể xài quy trình 32nm hoặc 20nm cho rẻ.
Bằng cách chia nhỏ một SoC ra theo kiểu này, số lượng bán dẫn cần phải sản xuất với quy trình mới sẽ được giữ ở mức thấp nhất, kết quả là sẽ tiết kiệm được tiền cho khâu thiết kế cũng như sản xuất so với việc phải làm cả con SoC với quy trỉnh mới. Đó là chưa kể việc thiết kế của các module có thể xài lại được cho nhiều sản phẩm khác nhau, từ đó càng tiết kiệm chi phí hơn nữa.
Và xin lưu ý, như đã nói ở đầu bài, việc "lắp ghép" các module chỉ diễn ra ở khâu sản xuất và thiết kế, từ là ở phía Marvell và khách hàng của họ, còn khi đến tay chúng ta thì con chip này đã thành một thực thể hoàn chỉnh và được tích hợp vào trong chiếc smartphone, tablet, trong cục Chromecast hoặc trong TV rồi. Người dùng bình thường như anh em Tinh tế chúng sẽ không thể lắp ghép hay táy máy gì nữa.
Trong nhiều năm qua, chi phí nghiên cứu và sản xuất của các công ty làm chip càng lúc càng tăng lên và xu hướng đó chưa có dấu hiệu dừng lại. Những dây chuyền bán dẫn mới và công nghệ mới, như 20nm, 14nm và sắp tới là 10nm, đã cho phép các công ty gia tăng mật độ transitor và giảm mức độ tiêu thụ điện, thế nhưng chi phí để làm ra một sản phẩm còn rất cao. Việc một công ty nào đó phải chi nhiều triệu đô la để phát triển một thế hệ chip mới không còn là chuyện hiếm. Trong bối cảnh thị trường đang cạnh tranh mới, có nhiều công ty cùng cung cấp sản phẩm như nhau thì áp lực cạnh tranh đã khiến các công ty phải nhanh chóng tìm ra giải pháp kiểm soát chi phí này để có thể làm ra chip rẻ hơn, tiết kiệm điện hơn, song vẫn phải đáp ứng được yêu cầu và sức mạnh cho khách hàng.
Để giải quyết vấn đề này, hồi đầu năm nay Marvell đã công bố kiến trúc SoC Modular Chip (MoChi) do chính hãng thiết kế. MoChi sẽ module hóa những con chip SoC thành nhiều phần, khi đó người ta chỉ cần sản xuất các phần quan trọng nhất trên quy trình mới nhất, những phần còn lại có thể xài quy trình cũ để tiết kiệm chi phí. Ví dụ đơn giản như sau: Một SoC cơ bản gồm có phần nhân CPU, phần kết nối, phần bộ nhớ RAM. Phần CPU là phần quan trọng, nó có thể được sản xuất trên dây chuyền 14nm để đạt hiệu năng cao nhất có thể, đồng thời tiết kiệm điện hơn. Trong khi đó, phần logic kết nối và RAM thì có thể xài quy trình 32nm hoặc 20nm cho rẻ.
Bằng cách chia nhỏ một SoC ra theo kiểu này, số lượng bán dẫn cần phải sản xuất với quy trình mới sẽ được giữ ở mức thấp nhất, kết quả là sẽ tiết kiệm được tiền cho khâu thiết kế cũng như sản xuất so với việc phải làm cả con SoC với quy trỉnh mới. Đó là chưa kể việc thiết kế của các module có thể xài lại được cho nhiều sản phẩm khác nhau, từ đó càng tiết kiệm chi phí hơn nữa.
Và xin lưu ý, như đã nói ở đầu bài, việc "lắp ghép" các module chỉ diễn ra ở khâu sản xuất và thiết kế, từ là ở phía Marvell và khách hàng của họ, còn khi đến tay chúng ta thì con chip này đã thành một thực thể hoàn chỉnh và được tích hợp vào trong chiếc smartphone, tablet, trong cục Chromecast hoặc trong TV rồi. Người dùng bình thường như anh em Tinh tế chúng sẽ không thể lắp ghép hay táy máy gì nữa.
Một ví dụ về con chip MoChi dành cho smartphone. Module màu xám là RAM, module màu xanh dương là CPU và GPU. Đây là hai linh kiện chính. Ngoài ra, khách hàng của Marvell có thể chọn gắn thêm module LTE màu vàng nếu thích, còn không thì chỉ gắn module Wi-Fi màu cam thôi. Kết nối giữa hai module LTE / Wi-Fi với cụm linh kiện chính sẽ là "MoChi Interconnect", một đường nội liên kết đặc biệt dùng để truyền tải dữ liệu.
Nói về đường nội liên kết, nó là một vấn đề quan trọng mà MoChi phải giải quyết bằng không thì mọi thứ sẽ không còn ý nghĩa gì nữa, cũng như Lego không có các ngàm gắn kết vậy. Kết nối này được Marvell gọi là Aurora2 hoặc "MoChi Interconnect", và tùy vào nhu cầu cũng như chi phí của khách hàng mà Aurora2 có thể chạy theo cấu hình song song hoặc tuần tự. Kết nối song song sẽ nhanh hơn nhưng đắt tiền hơn để triển khai, còn cấu hình tuần tự thì chậm hơn nhưng rẻ hơn. Ngoài ra, kết nối song song chỉ hỗ trợ các module đặt trên cùng một mặt phẳng, còn kết nối tuần tự thì có thể hỗ trợ đặt chồng nhiều lớp module lên nhau theo chiều dọc. Hiện nay công nghệ chồng bán dẫn (Package-on-Package) đang dần trở nên phổ biến vì nó giúp thu nhỏ diện tích chip.
Kết nối này cũng giúp giả lập tất cả mọi module thành một SoC thống nhất và duy nhất, tức là phần mềm hay hệ điều hành sẽ truy cập xuống SoC MoChi như là một con chip bình thường, không cần tùy biến gì thêm. Marvell gọi kiểu thiết kế này là Virtual SoC - tạm dịch là SoC ảo.
Mới đây, Marvell cũng đã ra mắt hai SoC đầu tiên sử dụng kiến trúc MoChi. Cái đầu tiên mang mã hiệu AP806, đây là con chip chỉ chứa CPU 4 nhân Cortex-A72, bộ điểu khiển RAM, bộ logic. Đối tượng chính mà AP806 nhắm tới là các thiết bị đòi hỏi hiệu năng cao. Con SoC thứ hai là ARMADA 3700, nó sở hữu CPU 2 nhân Cortex-A53 cùng rất nhiều linh kiện khác phục vụ cho việc kết nối Internet và đối tượng chính của ARMADA 3700 sẽ là các sản phẩm phần cứng mạng. Hơi tiếc là Marvell không nói rõ về quy trình sản xuất của cả hai module và các thành phần là bao nhiêu nm.
Ngoài hai SoC nói trên, Marvell còn nói về một số module do chính họ hoặc các bên thứ ba phát triển, trong đó có module quản lý kết nối vào ra, module Wi-Fi, LTE, bảo mật và rất nhiều thứ khác. Những module phụ này sẽ được sản xuất trên một quy trình cũ hơn, có thể là 28nm hay 20nm, để tiết kiệm chi phí, từ đó giảm giá thành sản phẩm. Chúng cũng cho phép khách hàng của Marvell chọn lựa đúng linh kiện họ cần và trả tiền đúng với những gì họ nhận được, không phải trả tiền thừa cho những thứ không xài.
Việc tham gia của bên thứ ba cũng nhờ MoChi mà trở nên đơn giản hơn. Marvell bây giờ không phải chỉnh sửa lại thiết kế vi mạch trên SoC khi cần tích hợp một thành phần nào đó từ bên thứ ba. Giờ đây SoC đã như một món đồ chơi Lego, miễn là bạn có trong tay một cục Lego khác (một module) là bạn có thể gắn chúng lại với nhau tùy nhu cầu, chúng sẽ tự động ăn khớp và hoạt động cùng nhau.
Quay trở lại với MoChi, tất nhiên nó cũng có những hạn chế nhất định. Trước hết, việc lắp ghép theo module sẽ khiến SoC trở nên lớn hơn do phải chừa chỗ để kết nối các thành phần lại với nhau. Nếu bạn quan sát cục Lego, bạn sẽ thấy nó có các cục tròn làm ngàm kết nối. Nếu không có những cục này thì kích cỡ của miếng Lego sẽ nhỏ lại. Khi đó thì bạn buộc phải xài keo để gắn kết các miếng Lego, không còn dễ dàng tháo ráp nữa.
Quảng cáo
Thứ hai, vì một số thành phần được sản xuất bằng dây chuyền công nghệ cũ hơn nên mức độ tiêu thụ điện sẽ cao hơn. Ví dụ, module Wi-Fi MoChi làm từ dây chuyền 32nm sẽ tiêu thụ 10mW điện mỗi giờ, trong khi ở một con SoC truyền thống, module này có thể được sản xuất bằng dây chuyền 14nm chung với nhân CPU luôn nên chỉ tiêu thụ cỡ 5-6mW mà thôi.
Marvell không nói nhiều về cách mà hãng có thể sản xuất ra các module MoChi. Tuy nhiên, từ tài liệu của TSMC, chúng ta có thể dự đoán rằng Marvell đã sử dụng dịch vụ Chip-On-Wafer-On-Substrate (CoWoS) do TSMC cung cấp. CoWoS cho phép sản xuất nhiều con chip khác nhau trên cùng một tấm wafer, và những tấm wafer này lại nằm trên cùng một tấm chất nền. Kiểu sản xuất như thế này sẽ giúp rút ngắn khoảng cách của các đường Aurora2 nhằm tăng hiệu quả truyền tải dữ liệu, đặc biệt quan trọng với cấu hình kết nối song song.
