Chi tiết A11 Bionic: con chip có nhiều thành phần Apple "tự trồng" nhất từ trước đến nay

A11 Bionic là bộ não của nhiều tính năng quan trọng trên iPhone 8, iPhone 8 Plus và iPhone X. Bionic là từ được dùng để chỉ người được trang bị thêm các phần cơ thể nhân tạo, thường gặp nhất trong các bộ phim giả tưởng, và nghe cái tên thôi cũng đã gợi ý rằng con chip này có nhiều thứ tối ưu cho trí tuệ nhân tạo. Ngoài ra, CPU, GPU, bộ xử lý hình ảnh của chip cũng đều được làm mới với kiến trúc và thiết kế của riêng Apple để mang tới sức mạnh tối đa cho những chiếc smartphone của hãng.

A11 Bionic là một SoC (System-on-Chip), tức nó tích hợp nhiều thành phần khác nhau vào trong một đế chip duy nhất nên chúng ta sẽ nói về từng phần của nó nhé.

Vi xử lý trung tâm (CPU)​

Đầu tiên là CPU, bộ phận quan trọng hàng đầu giúp iPhone có thể chạy được. Trên A11, Apple tiếp tục sử dụng kiến trúc tùy biến của riêng mình dựa trên ARMv8 để làm nhân CPU, trong đó bao gồm 2 nhân mạnh Monsoon + 4 nhân tiết kiệm điện Mistral. Đây không phải con chip 6 nhân đầu tiên của Apple, hồi đầu năm nay công ty đã từng ra mắt A10X trên iPad Pro 10.5" rồi, tuy nhiên nó lại sử dụng cấu hình bao gồm 3 nhân mạnh Hurricane + 3 nhân tiết kiệm điện Zephyr. Trong khi đó, chip A10 Fusion đang xài cho iPhone 7 và 7 Plus chỉ có 4 nhân mà thôi.

So với CPU của A10, 2 nhân Monsoon A11 mạnh hơn 25% so với hai nhân Hurricane, còn 4 nhân Mistral mạnh hơn 70% so với hai nhân Zephyr nhờ những cải tiến về vi kiến trúc cũng như cách hãng thiết kế ra các khối nhớ trên tấm bán dẫn. Tổng cộng nhân CPU của A11 có tới 4,3 tỉ bóng bán dẫn, trong khi A10 chỉ là 3,3 tỉ mà thôi.

​

Cũng như A10, CPU của A11 được sản xuất trên dây chuyền 10nm hứa hẹn mang lại diện tích bé hơn trong khi mạnh hơn và giảm được lượng điện hao phí xảy ra do hiện tượng rò rỉ electron giữa các cổng bán dẫn.

Bộ điều kiển (controller) của A11 cũng được Apple nâng lên thế hệ 2. Thành phần này có nhiệm vụ quyết định xem nhân CPU nào chạy tác vụ nào để đạt mức tối ưu về thời gian xử lý cũng như mức độ tiêu thụ năng lượng. Apple nói controller của A11 có thể giúp xử lý những tác vụ đa luồng nhanh hơn 70% so với A10. Controller này cũng cho phép kích hoạt toàn bộ 6 nhân của A11 chạy cùng lúc khi cần thiết.

Một kết quả benchmark của iPhoneX với chip A11 Bionic vừa được đăng tải lên GeekBench cho chúng ta thấy hiệu năng của con chip mới này là rất ấn tượng. Điểm số đơn nhân của nó là 4061 điểm, tức cao hơn gần 20% so với Apple A10 trong khi đa nhân là 9959 điểm, cao hơn khoảng 66%. So với SnapDragon 835, con chip thuộc hàng mạnh mẽ nhất ở thế giới điện thoại Android hiện tại thì các điểm số benchmark của iPhone X là rất vượt trội: SnapDragon 835 thường đạt khoảng 2000 điểm đơn nhân và gần 7000 điểm GeekBench đa nhân.

Bộ xử lý đồ họa (GPU)​

Kế tiếp là GPU. Trước giờ Apple sử dụng kiến trúc đồ họa PowerVR do hãng Imagination cung cấp. Có những con chip A-Series dùng nguyên thiết kế PowerVR như gốc, có những thiết kế được Apple tùy biến lại hoặc chọn cấu hình mạnh hơn so với những gì Imagination bán cho đối tác khác. Nhưng nhìn chung Apple vẫn phải phụ thuộc vào Imagination, điều đó làm phát sinh phí bản quyền (nhỏ thôi, không đáng kể), và quan trọng hơn hết là Apple không thể làm được mọi điều hãng muốn khi giao GPU cho một bên thứ ba.

Đó là lý do Apple từ lâu đã được đồn là đang tự phát triển GPU của riêng mình, và nó lần đầu tiên ra mắt trong A11. GPU 3 nhân trong A11 được quảng cáo là nhanh hơn 30% so với A10, và khi nó chạy bằng hiệu năng của A10 thì mức năng lượng sử dụng chỉ bằng 1/2. GPU PowerVR của A10 có đến 6 nhân lận nhưng nó vẫn không mạnh và hiệu quả bằng 3 nhân mới của Apple.

​

GPU mạnh hơn thì bạn sẽ edit phim ảnh nhanh hơn, game chơi mượt hơn, bộ API đồ họa Metal 2 của iOS 11 sẽ phát huy sức mạnh tốt hơn để tạo ra những tựa game tuyệt vời hơn, nhất là game 3D. Và đừng quên rằng những chiếc iPhone 8, 8 Plus hay iPhone X còn hỗ trợ rất tốt cho game AR. GPU mới đóng vai trò rất quan trọng trong trải nghiệm AR này. Cuối cùng, do GPU tính toán rất giỏi và hiệu quả những phép tính song song nên nó còn được dùng để xử lý những thuật toán trí tuệ nhân tạo thông qua bộ kit CoreML mà Apple cung cấp cho lập trình viên.

Bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP)​

Chưa hết, A11 Bionic còn sở hữu bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP) cũng do chính Apple thiết kế. ISP sẽ đánh giá dữ liệu màu sắc, độ sáng của từng pixel, so sánh nó với các pixel lân cận và sử dụng thuật toán demosaicing để tạo ra các giá trị màu / độ sáng chính xác. ISP cũng nhìn vào toàn cảnh tấm hình để cố gắng dự đoán xem mức độ phân bổ tương phản ra sao, dựa vào đây nó mới chỉnh lại độ tương phản để giúp những thứ như da người, cánh hoa, màu xanh của bầu trời... trở nên thật hơn. ISP còn dùng cho việc lấy nét, ghép ảnh của hai camera, chọn mức độ flash... Nói cách khác, ảnh đẹp hay không một phần quan trọng là nhờ ISP. Anh em có thể tìm hiểu kĩ hơn về ISP trong bài này.

Với ISP trên A11, Apple hứa hẹn khả năng lấy nét của máy iPhone 8, iPhone 8 Plus và iPhone X sẽ nhanh hơn, có thể hiểu là hơn so với iPhone 7. Nó cũng được trang bị khả năng xử lý noise bằng phần cứng, tức là khi bạn chụp thiếu sáng thì ảnh cho ra sẽ đẹp hơn, ít hạt hơn.

Quay trở lại với AR, các game hay ứng dụng khi chạy nếu chỉ có GPU không thôi thì chưa đủ. ISP cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc đưa hình ảnh từ camera và SoC A11, nếu không thì làm sao GPU biết nên phủ hình ảnh ảo lên chỗ nào. Một ISP đủ mạnh và xịn với tốc độ phản hồi nhanh sẽ giúp trải nghiệm AR trở nên tốt hơn.

​

Nhân xử lý trí tuệ nhân tạo​

Lần đầu tiên, Apple tích hợp một khu vực riêng dành cho các tác vụ AI trong chip của mình và họ gọi nó là Neural engine. Thành phần này giúp chip xử lý nhanh hơn so với việc đẩy hình ảnh và thuật toán về cho CPU thực thi vì cụm AI chỉ làm mỗi việc AI và làm tốt chuyện đó, trong khi CPU đang phải đảm đương hàng tá thứ khác của hệ điều hành rồi. Huawei, Qualcomm cũng từng ra mắt những con chip Kirin và Snapdragon hỗ trợ riêng cho AI.

Nói thêm về Neural engine, nó "được xây dựng riêng để chạy những thuật toán machine learning" với 2 nhân của riêng mình, không chia sẻ với CPU. Neural engine có thể xử lý 600 tỉ phép tính mỗi giây, và tất cả đều chạy theo thời gian thực. Có như vậy thì Face ID mới chạy nhanh được, bất kì sự trì hoãn nào ở khâu unlock cũng làm ảnh hưởng tiêu cực đến trải nghiệm người dùng.

Neural engine không chỉ dùng cho Face ID, nó còn có thể dùng cho cả những ứng dụng khác của iPhone X nữa. Nó sẽ bổ trợ cho GPU để những ứng dụng thuộc dạng này hoạt động ngon hơn.

​