Có lẽ đây là lần đầu tiên một đơn vị báo chí được Apple mời đến tham quan phòng lab thử nghiệm và xác thực những con chip kiến trúc ARM mà Apple phát triển cho máy tính Mac hay điện thoại iPhone. CNBC vừa có clip đưa người xem tới thăm một trong những “chip lab” của Apple, nơi đang phát triển những phiên bản chip mới nhất sẽ ra mắt trên những thiết bị Apple trong tương lai gần:
Năm 2010, Apple lần đầu ra mắt chip xử lý tự phát triển, A4 trên chiếc iPhone 4. Tính đến thời điểm hiện tại, mọi chiếc máy tính Mac mới bán ra thị trường đều được trang bị chip xử lý M series do Apple tự phát triển và TSMC gia công cho họ. Cũng với bước chuyển này, 15 năm ròng rã máy tính Mac của Apple phụ thuộc hoàn toàn vào chip xử lý của Intel cũng đã chấm dứt.
Giám đốc mảng nghiên cứu phần cứng tại Apple, John Ternus nói rằng: “Một trong những, nếu không muốn nói là thay đổi lớn nhất tại Apple trong vòng 20 năm qua, nhất là trong những sản phẩm của chúng tôi, chính là cách chúng tôi có thể tự thiết kế phần cứng. Và đứng đầu những phần cứng quan trọng nhất mà Apple tự làm được chính là những con chip silicon.”
Thay đổi này không chỉ khiến Apple chủ động và quản lý được gần như toàn bộ những khía cạnh trong một chiếc máy của họ tạo ra, mà còn tạo ra những nguy cơ mới. Hiện giờ những chip xử lý trung tâm hoặc những SoC cao cấp nhất trong iPhone và MacBook của Apple đều chỉ được một đơn vị duy nhất gia công, TSMC. Cùng lúc, thị trường toàn cầu đang cố gắng tìm những dấu hiệu hồi phục về nhu cầu smartphone. Còn những đối thủ cạnh tranh khác như Microsoft thì đang tạo ra những bước nhảy vọt trong ngành phát triển chip cũng như giải pháp AI.
Năm 2010, Apple lần đầu ra mắt chip xử lý tự phát triển, A4 trên chiếc iPhone 4. Tính đến thời điểm hiện tại, mọi chiếc máy tính Mac mới bán ra thị trường đều được trang bị chip xử lý M series do Apple tự phát triển và TSMC gia công cho họ. Cũng với bước chuyển này, 15 năm ròng rã máy tính Mac của Apple phụ thuộc hoàn toàn vào chip xử lý của Intel cũng đã chấm dứt.
Giám đốc mảng nghiên cứu phần cứng tại Apple, John Ternus nói rằng: “Một trong những, nếu không muốn nói là thay đổi lớn nhất tại Apple trong vòng 20 năm qua, nhất là trong những sản phẩm của chúng tôi, chính là cách chúng tôi có thể tự thiết kế phần cứng. Và đứng đầu những phần cứng quan trọng nhất mà Apple tự làm được chính là những con chip silicon.”
Thay đổi này không chỉ khiến Apple chủ động và quản lý được gần như toàn bộ những khía cạnh trong một chiếc máy của họ tạo ra, mà còn tạo ra những nguy cơ mới. Hiện giờ những chip xử lý trung tâm hoặc những SoC cao cấp nhất trong iPhone và MacBook của Apple đều chỉ được một đơn vị duy nhất gia công, TSMC. Cùng lúc, thị trường toàn cầu đang cố gắng tìm những dấu hiệu hồi phục về nhu cầu smartphone. Còn những đối thủ cạnh tranh khác như Microsoft thì đang tạo ra những bước nhảy vọt trong ngành phát triển chip cũng như giải pháp AI.
Phó chủ tịch mảng công nghệ phần cứng, người trực tiếp quản lý những nỗ lực phát triển chip của Apple, Johny Srouji cho rằng: “Chúng tôi giờ có hàng nghìn kỹ sư. Nhưng nếu nhìn vào số lượng sản phẩm chip mà Apple tạo ra, thì chúng không hề dàn trải, mà vừa đủ và rất hiệu quả.”
Điều lạ là, có lẽ chỉ có Apple là phát triển rồi thuê gia công chip bán dẫn chỉ để phục vụ nhu cầu của riêng họ, không bán chip cho bất kỳ đơn vị nào khác: “Vì không bán chip cho ai nên chúng tôi có thể tập trung vào sản phẩm. Nhờ đó chúng tôi có thể tự do tối ưu, và kiến trúc bán dẫn có thể mở rộng về cả quy mô lẫn hiệu năng cho phép chúng tôi dùng một kiến trúc cụm chip xử lý cho nhiều sản phẩm khác nhau.”
Năm 2008, ông Srouji gia nhập Apple, dẫn dắt một nhóm khoảng 40, 50 kỹ sư để phát triển chip cho iPhone. Một tháng sau, Apple bỏ 150 triệu USD mua lại P.A. Semiconductor, một startup nghiên cứu chip bán dẫn với 150 thành viên. Chỉ hai năm sau, A4 ra mắt trên iPhone 4 và chiếc iPad thế hệ đầu tiên.
Ông Srouji nói: “Chúng tôi phát triển thứ gọi là kiến trúc unified memory, có thể mở rộng về quy mô theo từng dạng sản phẩm khác nhau. Kiến trúc ấy được xây dựng bắt đầu với iPhone, rồi mở rộng để phục vụ nhu cầu trên iPad, rồi sang đến Apple Watch và cuối cùng là lên máy Mac.”
Hàng nghìn kỹ sư phát triển chip bán dẫn của Apple giờ làm việc ở khắp mọi nơi trên thế giới, trong những phòng nghiên cứu của Apple đặt ở Đức, Áo, Israel, Anh và Nhật Bản. Tại Mỹ, Apple có những trụ sở đặt tại Silicon Valley, San Diego và Austin, Texas.
Dạng chip bán dẫn chủ yếu mà Apple đã và đang phát triển là những SoC, với nhiều dạng nhân silicon xử lý phục vụ những tác vụ khác nhau, nhưng nằm chung trên một die chip. Nhờ đó, trên cùng một con chip, chúng ta có cả nhân CPU, nhân GPU và cả những phần khác quan trọng không kém. Trong đó bao gồm cả cụm nhân xử lý machine learning, Apple gọi là Neural Engine.
Quảng cáo
Những SoC đầu tiên của Apple chính là những chip A series trang bị trong iPhone và iPad. Từ A4 năm 2010, giờ chip mới nhất của họ là A17 Pro trên những chiếc iPhone 15 Pro và Pro Max, vừa ra mắt hồi tháng 9 vừa qua. Nó là con chip xử lý trung tâm cho những chiếc iPhone, rồi cả iPad, Apple TV và loa HomePod nữa. Dòng sản phẩm lớn thứ hai chính là M series, ra mắt lần đầu năm 2020, đánh dấu bước chuyển kiến trúc chip xử lý máy tính cá nhân của Apple từ x86 Intel sang ARM Apple Silicon.
Ít được nhắc tới hơn là những con chip S series trong Apple Watch, ra mắt lần đầu năm 2015. Trong những cặp tai nghe không dây AirPods là những chip H và W series. Những chip U series phục vụ xử lý bảo mật và tương tác giữa các thiết bị Apple với nhau. Cuối cùng, sắp ra mắt là R1, chip xử lý hiện diện trong cặp kính điện toán không gian Apple Vision Pro. R1 được tạo ra phục vụ riêng tác vụ xử lý tín hiệu đầu vào từ cảm biến, camera và microphone trên kính Vision Pro, với độ trễ chỉ 12 mili giây từ camera tới màn hình.
Như đã nói, Apple được phát triển sản phẩm phục vụ riêng cho từng nhu cầu trong những sản phẩm chính họ làm ra: “Chúng tôi được thiết kế chip trước theo đúng mục tiêu và nhu cầu của những sản phẩm của Apple, và chỉ dành cho những sản phẩm ấy mà thôi.”
Và ngay sau chip xử lý thương mại đầu tiên sản xuất trên tiến trình 3nm, A17 Pro được ra mắt, chỉ hai tháng sau, Apple đã giới thiệu tiếp kiến trúc chip M3 cho máy tính Mac, cũng dựa trên tiến trình gia công bán dẫn này của TSMC. Nhờ đó, những chiếc MacBook mới có thời lượng pin lên tới 22 giờ đồng hồ, và sở hữu sức mạnh đồ hoạ được nâng cấp khá nhiều, giống hệt như hai chiếc iPhone trang bị chip A17 Pro.
Quảng cáo
Giám đốc Ternus, người đã làm việc 22 năm trời ở Apple chia sẻ: “Giờ vẫn còn khá sớm, chúng tôi còn rất nhiều việc phải làm, nhưng tôi nghĩ có rất nhiều chiếc máy Mac đủ sức chơi game AAA, thứ gần như bất khả thi 5 năm về trước.” Anh cũng chia sẻ cách Apple phát triển phần cứng khi bắt đầu làm việc cho Apple: “Chúng tôi có xu hướng tạo ra những sản phẩm nhờ những công nghệ do các công ty khác tạo ra, và phải phát triển sản phẩm xoay quanh khả năng của những công nghệ ấy.” Dù tập trung nhiều vào thiết kế mỹ thuật công nghiệp, "những sản phẩm ấy thường bị giới hạn về khả năng, công năng và hiệu năng.
Thời điểm con chip M1 đầu tiên ra mắt trong chiếc MacBook Air cuối năm 2020, Ternus nhớ lại: “Cứ như mọi quy luật thay đổi hoàn toàn vậy. Bỗng nhiên chúng tôi có thể tạo ra một chiếc MacBook Air vừa mỏng vừa nhẹ, pin 18 tiếng, không cần quạt tản nhiệt, nhưng hiệu năng vượt xa những chiếc MacBook Pro vừa ra mắt cách đó chưa lâu.”
Khi Apple ra mắt chip A4 13 năm về trước, họ được coi là một ví dụ ngoại lệ khi một tập đoàn sản xuất thiết bị công nghệ tự tham gia một ngành vừa cạnh tranh, vừa có tỷ suất lợi nhuận thấp như chip bán dẫn. Còn bây giờ, Amazon, Google, Microsoft và Tesla cũng đang cố gắng tự phát triển chip phục vụ những nhu cầu riêng của họ.
Đương nhiên câu chuyện về modem viễn thông trang bị trong iPhone mà Apple đang cố gắng phát triển vẫn còn đó, vẫn mang tính thời sự. Nó là một trong số những thứ mà Apple, dù mạnh đến mấy, cũng chưa thể chinh phục được.
Năm 2019, Apple và Qualcomm kiện tụng nhau vì bản quyền sở hữu trí tuệ công nghệ kết nối sóng viễn thông. Ngay sau đó, Apple bỏ 1 tỷ USD mua lại mảng phát triển modem 5G của Intel, với tham vọng tự chủ công nghệ và linh kiện kết nối sóng viễn thông 5G. Nhưng đến tận bây giờ, Apple vẫn phụ thuộc hoàn toàn vào những modem 5G của Qualcomm. Tính đến tháng 9 vừa qua, Apple và Qualcomm vẫn sẽ hợp tác với nhau tới năm 2026.
Ben Bajarin, CEO kiêm nhà phân tích chính của Creative Strategies cho rằng: “Qualcomm vẫn đang có những chip modem tốt nhất thị trường hiện tại. Nếu Apple không làm ra được một con chip ngang hàng, thì họ sẽ không ứng dụng vào sản phẩm thương mại.”
Cùng lúc, Apple được cho là cũng đang tạ phát triển những chip WiFi và Bluetooth riêng, tránh phụ thuộc vào những đơn vị như Broadcom. Hiện giờ Broadcom đang có hợp đồng trị giá hàng tỷ USD để cung cấp linh kiện cho Apple. Chip nhớ thì Apple phải mua từ Samsung và Micron.
Johny Srouji cho rằng: “Cảm hứng của chúng tôi là sản phẩm. Chúng tôi muốn tạo ra những sản phẩm tốt nhất hành tinh. Với cương vị một nhóm phát triển công nghệ, bao gồm cả phát triển chip bán dẫn, chúng tôi muốn nghiên cứu được những công nghệ để tầm nhìn đó trở thành hiện thực.” Và để làm được điều đó, theo ông Srouji, Apple sẽ mua mọi linh kiện bớt quan trọng để các kỹ sư có thể tập trung phát triển những giải pháp quan trọng hơn.
Vấn đề lại nằm ở chỗ, dù có phát triển và bán ra thị trường bao nhiêu chip xử lý đi chăng nữa, thì Apple vẫn cần tới đối tác bên ngoài để sản xuất thương mại những thiết kế chip của họ. Đến đây, có thể khẳng định Apple phụ thuộc hoàn toàn vào tiềm lực của TSMC. Hơn 90% tổng số chip hiện đại và mạnh nhất bây giờ đều được TSMC gia công ở những fab đặt trên đảo Đài Loan. Điều này nảy sinh những nguy cơ về địa chính trị mà không chỉ riêng Apple phải đối mặt, mà còn cả những cái tên khổng lồ khác trong ngành công nghệ như Nvidia hay AMD nữa.
Bajarin của Creative Strategies đưa ra quan điểm hầu hết đều đồng tình: “Hiện giờ rõ ràng có rất nhiều áp lực, ví dụ như đảo Đài Loan gặp vấn đề, thì kế hoạch B sẽ là gì? Hiện giờ chưa có những lựa chọn nào tốt như TSMC. Bạn sẽ muốn Samsung đủ sức cạnh tranh với TSMC, Intel cũng đang muốn như vậy. Nhưng ngay ở thời điểm hiện tại, thì TSMC vẫn là nhất, chưa ai cạnh tranh được cả.”
Đi kèm với đạo luật CHIPS kích thích tự chủ công nghệ chip bán dẫn ở Mỹ, cũng như những fab gia công bán dẫn mà Intel hay TSMC đang khởi công trên lãnh thổ Mỹ, thì một thử thách khác đối với Apple chính là tuyển dụng nhân tài để tiếp tục phát triển những kiến trúc chip Apple Silicon mới. TSMC nói fab của họ ở Arizona, vì thiếu nhân tài, phải tới năm 2025 mới được đưa vào vận hành.
Cho dù có liên quan tới việc thiếu kỹ sư và nhân tài phát triển chip xử lý hay không, thì có một sự thật, đó là những thế hệ chip xử lý mới của Apple giờ có cải thiện hiệu năng giảm dần so với những thế hệ trước. Nói theo cách của ông Srouji: “Những thế hệ chip bán dẫn mới mất thời gian để tạo ra cải tiến hiệu năng như trước kia hơn, vì càng lúc phát triển càng khó. Khả năng nhồi nhét transistor, tạo ra cải thiện hiệu năng và hiệu quả tiết kiệm điện của những chip xử lý bây giờ khó hơn 10 năm trước nhiều.”
Tạm bỏ qua kiến trúc chip xử lý tiêu dùng, xu hướng của năm nay là những chip xử lý và huấn luyện thuật toán AI. Đó cũng chính là lý do những GPU của Nvidia làm không đủ để bán, và giúp giá trị vốn hoá của họ lần đầu chạm ngưỡng 1 nghìn tỷ Đô, giá cổ phiếu năm nay đã tăng gấp đôi. Google, Amazon và Microsoft đều có những chip xử lý tương tự, như Tensor Processing Unit, Graviton4 và Maia 100.
Apple cũng có Neural Engine, nhưng chúng chỉ là những nhân xử lý deep learning xử lý local trên thiết bị đầu cuối, lần đầu ra mắt cùng chip A11 Bionic năm 2017. Tháng 7, Bloomberg có đưa ra tin đồn nói Apple đã có một mô hình ngôn ngữ mang tên Ajax, và đang phát triển chatbot Apple GPT. Kể từ năm 2015, Apple cũng đã mua lại hơn 2 chục công ty nghiên cứu AI.
Xét về sức mạnh xử lý AI trên thiết bị Apple, quan điểm được đưa ra là vẫn làm được trên những con chip như M3 hay A17. Nhưng phần mềm phải tương thích, tức là các lập trình viên cũng phải tận dụng lợi thế để viết những ứng dụng AI xử lý ngay trên những chip Apple Silicon. Điều này khó có thể diễn ra một sớm một chiều, vì cơ bản gần như mọi giải pháp AI đều được xử lý trên máy chủ đám mây, với hàng trăm GPU, mỗi chiếc giá hàng chục nghìn USD.
