Nhìn lại hành trình 10 năm thiết kế chip di động của Samsung (Phần 1)

Samsung là một trong số ít các công ty có khả năng tự thiết kế vi xử lý cho riêng mình, bên cạnh Apple và Huawei. Tuy nhiên giờ đây, Huawei không còn là đối thủ trọng điểm của Samsung sau khi bị Mỹ áp đặt lệnh cấm cản trợ khả năng phát triển chip di động.

Qua nhiều năm, bộ vi xử lý Exynos hàng đầu của Samsung đã tạo dựng được tên tuổi bên cạnh các mẫu flagship Galaxy Note và S danh tiếng. Dù vẫn còn đó một số nhược điểm so với các vi xử lý của Apple hay Qualcomm, Exynos đang từng bước thay đổi và trở nên hoàn thiện hơn. Hãy cùng Android Authority điểm lại những cột mốc đáng nhớ trong quá trình Samsung phát triển phần cứng "cây nhà lá vườn".

2010: Tên khai sinh của Exynos là Hummingbird

Quay trở về với chiếc Galaxy S đời đầu của Samsung, mẫu smartphone ra mắt vào năm 2010 và là thiết bị đầu tiên được trang bị chip tự phát triển. Nhưng có một sự thật rằng ở thời điểm ra mắt, Samsung gọi vi xử lý của mình là Hummingbird chứ không phải Exynos như chúng ta từng biết.

Hummingbird (hay còn có tên khác là Exynos 3 Single) được sản xuất dựa trên tiến trình 45 nm. Hummingbird được đánh giá là có khả năng hoạt động tốt nhờ sở hữu CPU Cortex-A8 lõi đơn 1GHz, mức xung nhịp cao mà hiếm CPU di động nào trên thị trường thời bấy giờ được trang bị.

Trên thực tế, nhà sản xuất Hàn Quốc công bố đây là vi xử lý 1GHz đầu tiên của ngành công nghiệp di động vào thời điểm ra mắt năm 2009.

Nhân xử lý đồ họa được trang bị trên Hummingbird là PowerVR SGX540, hỗ trợ màn hình 800x600 pixel (không quá ấn tượng khi Apple chuẩn bị ra mắt iPhone 4 có màn hình 960x640) và quay video độ phân giải 1080p (vượt trội hơn 720p của iPhone 4). Các tính năng khác như RAM LPDDR2 và hỗ trợ eMMC 4.3 cũng tương đương với các chipset cùng thời.

Một điểm thú vị rằng Hummingbird là SoC duy nhất của Samsung được trang bị trên các máy Nexus của Google, mà cụ thể là chiếc Nexus S. Hầu hết smartphone Nexus và Pixel đều sử dụng vi xử lý Snapdragon của Qualcomm, ngoại trừ một số mẫu như Nexus S hay Samsung Galaxy Nexus ra mắt năm 2011 sử dụng chip TI OMAP.

2011: Vi xử lý Exynos "danh chính ngôn thuận" đầu tiên

Bỏ qua Hummingbird, Exynos 4210 Dual mới là SoC đầu tiên của Samsung thuộc dòng chip tự sản xuất. Nó được trang bị trên chiếc Galaxy S2 ra mắt vào năm 2011 và có CPU lõi kép Cortex-A9 1.2 GHz. Đây được xem là bước tiến công nghệ và cũng là một trong số các smartphone đầu tiên có vi xử lý lõi kép. Về nhân xử lý đồ họa, Exynos 4210 Dual được trang bị GPU Mali-400MP4 phổ biến một thời.

Các thông số khác của chip vẫn được giữ nguyên từ thế hệ tiền nhiệm, như quy trình sản xuất 45 nm, hỗ trợ RAM LPDDR2 và quay video Full HD (1080p) ở 30 fps. Samsung đã thực hiện một số tinh chỉnh như tăng khả năng hỗ trợ màn hình lên độ phân giải cao hơn (1.440 x 900) và tương thích với chuẩn eMMC 4.4.

Theo công bố, Exynos 4210 Dual chỉ hỗ trợ camera chính 5 MP, trong khi thực tế Samsung lại trang bị chip lên chiếc smartphone có camera 8 MP như Galaxy S2. Ngoài ra, Exynos 4210 Dual cũng có mặt trên chiếc Galaxy Note thế hệ đầu tiên ra mắt vào năm 2011, cung cấp hiệu năng cho một mẫu điện thoại kích lớn vào thời điểm màn hình nhỏ vẫn đang được ưa chuộng.

Ngoài ra, Exynos 4210 Dual còn được nhà sản xuất Meizu, Trung Quốc sử dụng trên chiếc smartphone đầu tiên Meizu MX. Về sau, các smartphone cao cấp từ Meizu đều sử dụng chip Exynos nhà Samsung

2012: Ngành công nghiệp di động chuyển sang CPU lõi tứ

Xu hướng công nghệ của các sản phẩm bán dẫn năm 2012 là chuyển đổi sang CPU lõi tứ. Và tất nhiên, Samsung cũng không ngoại lệ khi cho ra mắt Exynos 4412. Tương tự phiên bản tiền nhiệm, Exynos 4412 được trang bị trên Galaxy S3 và Galaxy Note 2 với xung nhịp được tăng lên đôi chút.

Về thông số phần cứng, chip được trang bị CPU Cortex-A9 lõi tứ, gấp đôi số nhân được tìm thấy bên trong SoC hàng đầu năm 2011. Tuy vẫn dựa trên cùng CPU Cortex-A9, nhưng cách sắp xếp các nhân thay đổi đã tạo nên hiệu quả tốt khi hệ điều hành Android và các ứng dụng bên thứ ba thời điểm đó đều dần chuyển sang hỗ trợ đa nhân.

Tương tự, Exynos 4412 cũng sử dụng lại GPU Mali-400MP4 được trang bị trên Exynos 4210 Dual, khiến cho khả năng xử lý đồ họa của Galaxy S3 và Note 2 không có sự nâng cấp. Song, Exynos 4412 được sản xuất dựa trên tiến trình 32 nm, cho khả năng tiết kiệm điện năng hơn, bên cạnh khả hỗ trợ độ phân giải màn hình 1.440x900 pixel.

2013: Tiến lên chip lõi tám

Ngành công nghiệp smartphone đã nhanh chóng chuyển từ CPU lõi đơn sang lõi kép và sau đó là lõi tứ chỉ trong vài năm. Và cho đến năm 2013, Samsung đánh dấu bước chuyển mình khi trang bị bộ vi xử lý lõi tám trên điện thoại cao cấp của mình.

Exynos 5410 ra đời với tiến trình sản xuất 28 nm và được đưa vào Galaxy S4. SoC được trang bị một cụm bốn nhân CPU Cortex-A15 hiệu năng cao và bốn nhân Cortex-A7 phục vụ các tác vụ đơn giản. So với thế hệ tiền nhiệm chỉ có 4 nhân xung nhịp thấp, Exynos 5410 tỏ ra mạnh mẽ và vượt trội hơn.

Tuy nhiên, vi xử lý mới của Samsung gặp phải một nhược điểm lớn là không thể hoạt động tám nhân cùng một lúc. Điều đó có nghĩa là chip không thể vừa xử lý các tác vụ nặng mà vừa chạy song song với một số ứng dụng chạy nền, hay nói cách khác là không thể kết hợp bốn nhân Cortex-A7 và bốn nhân Cortex-A15 lại cùng nhau.

Mặt khác, Exynos 5410 vẫn được bổ sung một vài cải tiến như sử dụng GPU PowerVR SGX544 MP3 mạnh mẽ, độ phân giải màn hình lên đến 2.560x1.600 pixel và hỗ trợ RAM LPDDR3. Chưa hết, chip còn cho khả năng quay video Full HD (1080p) ở 60fps và tương thích với camera sau lên đến 13 MP.

Đến cuối năm 2013, Samsung đã tinh chỉnh lại thiết kế 8 nhân và trình làng Exynos 5420. Bộ xử lý được sửa lỗi để có thể hoạt động cùng lúc tất cả các nhân. Ngoài ra hãng còn thay GPU PowerVR thành GPU Mali T628 MP6, mà theo công bố của Samsung là cho khả năng xử lý đồ họa tốt hơn so với PowerVR.

Thông tin thú vị là phiên bản Galaxy Note 3 dùng chip Snapdragon có khả năng quay phim lên đến 4K ở 30fps tại một số thị trường như Mỹ, trong khi phiên bản dùng Exynos 5420 chỉ dừng lại ở Full HD.

Không những vậy, biến thể dùng chip Exynos thời điểm đó cũng được cho là không hỗ trợ LTE, thay vào đó là có tốc độ đường truyền tải xuống của 3G HSPA+ (High-Speed Downlink Packet Access) đạt 42,2 Mbps.

2014: Exynos vượt qua Snapdragon trong cuộc đua chuyển sang kiến trúc 64-bit

2014 là một năm thăng hoa của Samsung khi Galaxy S5 được đánh giá là một trong những chiếc smartphone tốt nhất từ khi dòng Galaxy S ra mắt. Song, sản phẩm này chỉ được trang bị Snapdragon 801 mà không có biến thể dùng Exynos. May mắn thay, Samsung đã ra mắt Galaxy Note 4 và Note Edge vào cuối năm đó dùng chip Exynos 5433.

Đây là vi xử lý hàng đầu của Samsung trong năm 2014 và đánh bại Snapdragon 805 nhà Qualcomm trong việc chuyển sang kiến trúc 64-bit. Exynos 5433 được thiết kế dựa trên dây chuyền 20 nm, đi cùng tám nhân CPU 64-bit đầu tiên của ARM.

Cụ thể, chip có trong mình bốn nhân Cortex-A57 hiệu năng cao và bốn nhân Cortex-A53 hiệu năng thấp. Nó cũng được trang bị GPU Mali-T760 MP6 của ARM, hỗ trợ RAM LPDDR3e và độ phân giải màn hình tương tự bộ xử lý của năm trước.

Hiệu suất máy ảnh cũng tăng lên một bậc nhờ Exynos 5433 hỗ trợ camera selfie 3.7 MP, một camera chính 16 MP và quay video độ phân giải 4K;và Full HD ở 120fps. Nghe qua thông số camera trước 3.7 MP, nhiều người có thể sẽ đánh giá thấp. Nhưng ở thời điểm đó, không có thiết bị cao cấp nào của Samsung có camera trước đạt quá 5 MP.

Một điểm nổi bật khác của Exynos 5433 có thể kể đến là hỗ trợ kết nối LTE, cho tốc độ đường truyền đạt 300Mbps nhờ chuẩn CAT 6. Điều này đã giúp Samsung thu hẹp khoảng cách kết nối giữa các phiên bản dùng chip của Qualcomm và Exynos.

2015: Vi xử lý cao cấp tốt nhất năm

Ở năm 2015, Samsung đã ra mắt Exynos 7420 được sản xuất trên tiến trình 14 nm. Nó được đánh giá là vi xử lý tốt nhất năm so với các đối thủ của Qualcomm, MediaTek hay cả Kirin của Huawei. Theo nhận định của Android Authority, đây là chipset Exynos hoàn thiện nhất trong lịch sử phát triển của hãng tại thời điểm phát hành.

Exynos 7420 tiếp tục duy trì thiết kế CPU tám nhân với bốn nhân Cortex-A57 hiệu năng cao và bốn nhân Cortex-A53 hiệu năng thấp. Về GPU, chip sử dụng lại bộ xử lý trên phiên bản cũ với Mali-T760 đi kèm thêm hai nhân MP8 để tăng cường khả năng thiết lập đồ họa.

Các thông số kỹ thuật đáng chú ý khác bao gồm hỗ trợ độ phân giải màn hình 4K (4.096x2.160 pixel, 3.840x2.400 pixel), RAM LPDDR4 và bộ nhớ UFS 2.0. Ngoài ra về phần cứng camera, chip xử lý hỗ trợ một camera sau 20 MP, camera selfie 8 MP và quay video 4K ở 30fps theo định dạng HEVC.

Khác với Galaxy S5, Samsung chỉ sử dụng chip Exynos cho dòng Galaxy S6 và Note 5. Một số báo cáo cho rằng Samsung ngừng sử dụng Snapdragon 810 vào năm 2015 vì lo ngại vấn đề quá nhiệt, dẫn đến hiệu năng không được đảm bảo. Đây cũng là lý do khiến chip Exynos 7420 được đánh giá cao hơn so với Snapdragon.

Ngọc Diệp (còn tiếp)