Bên trong “chip lab” của Apple

Giá cổ phiếu tăng vọt của Apple trong hai thập kỷ qua được thúc đẩy bởi các thiết bị tiêu dùng mang tính biểu tượng của hãng. Thương hiệu này bắt đầu với iPod và iMac, sau đó là iPhone và iPad, gần đây hơn là Apple Watch và AirPods.

Có rất nhiều thứ về tập đoàn nổi tiếng này. Tại trụ sở chính ở Thung lũng Silicon, trong một căn phòng “khó mô tả” với vài trăm chiếc máy hoạt động và một số kỹ sư mặc áo khoác phòng thí nghiệm, Apple đang thiết kế nhiều con chip chuyên dụng để cung cấp hiệu năng cho những sản phẩm phổ biến nhất của mình.

Apple lần đầu tiên ra mắt chất bán dẫn “cây nhà lá vườn” trên iPhone 4 vào năm 2010. Tính đến năm nay, tất cả máy tính Mac mới đều sử dụng chip Apple silicon, chấm dứt hơn 15 năm phụ thuộc vào Intel.

John Ternus, giám đốc kỹ thuật phần cứng tại Apple, cho biết: “Một trong những thay đổi sâu sắc nhất, nếu không muốn nói là lớn nhất ở Apple, chắc chắn là trong các sản phẩm của chúng tôi trong 20 năm qua, hay chính là cách chúng tôi tự mình thực hiện các công nghệ đó. Và tất nhiên, đứng đầu danh sách là chip Apple silicon.”

Vào tháng 11, CNBC đã đến thăm khuôn viên của Apple ở Cupertino, California - những nhà báo đầu tiên được phép quay phim bên trong một trong những phòng nghiên cứu chip của công ty. Phía CNBC cũng có cơ hội hiếm có để nói chuyện với người đứng đầu bộ phận chip của Apple, Johny Srouji về nỗ lực của công ty trong việc đẩy mạnh phát triển chất bán dẫn.

Srouji nói: “Chúng tôi có hàng nghìn kỹ sư. Nhưng nếu bạn nhìn vào danh mục chip của Apple, chúng thực sự là rất tinh gọn và hiệu quả”. Không giống như các nhà sản xuất chip truyền thống, Apple không sản xuất chip silicon cho các công ty khác. Srouji cho biết: “Bởi không thực sự bán chip ra bên ngoài nên chúng tôi tập trung vào sản phẩm. Điều đó giúp Apple tự do tối ưu hóa, các phần kiến trúc có thể mở rộng cho phép chúng tôi tái sử dụng các phần giữa nhiều sản phẩm khác nhau.”

Sự đa dạng và tốc độ phát triển

Srouji đến Apple vào năm 2008 để lãnh đạo một nhóm nhỏ gồm 40-50 kỹ sư thiết kế chip riêng cho iPhone. Một tháng sau khi ông gia nhập, Apple đã mua P.A. Semiconductor, một công ty khởi nghiệp gồm 150 người, với giá 278 triệu USD.

“Họ sẽ bắt đầu sản xuất chip của riêng mình: đó là bước đi ngay khi họ mua P.A. Semi,” Ben Bajarin, Giám đốc điều hành và nhà phân tích chính của Creative Strategies cho biết. Hai năm sau khi mua lại, Apple đã tung ra A4 - chip riêng đầu tiên cho iPhone 4 và iPad đời đầu.

Đội ngũ chuyên về chip silicon của Apple đã phát triển lên tới hàng nghìn kỹ sư làm việc tại các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, bao gồm Đức, Áo, Anh, Nhật Bản,... Tại Mỹ, công ty có cơ sở tại Thung lũng Silicon, San Diego và Austin, Texas.

Loại chip chính mà Apple đang phát triển được gọi là SoC. SoC đầu tiên của Apple là series A, đã nâng cấp từ A4 năm 2010 lên A17 Pro được công bố vào tháng 9 năm nay. Nó là bộ xử lý trung tâm trong iPhone cũng như một số iPad, Apple TV và HomePod. SoC chính khác của Apple là series M, được phát hành lần đầu tiên vào năm 2020, hiện cung cấp năng lượng cho tất cả các máy Mac mới và iPad cao cấp hơn.

Ra mắt vào năm 2015, series S là một hệ thống nhỏ hơn. SiP trong Apple Watch. Chip H và W được sử dụng trong AirPods. Chip U cho phép liên lạc giữa các thiết bị Apple. Và con chip mới nhất, R1, sẽ xuất xưởng vào đầu năm tới trong tai nghe Vision Pro của Apple. Dành riêng cho việc xử lý đầu vào từ camera, cảm biến và micrô của thiết bị, Apple cho biết họ sẽ truyền hình ảnh đến màn hình trong vòng 12 mili giây.

A17 Pro mới nhất được công bố trên iPhone 15 Pro và Pro Max vào tháng 9 cũng mang đến những bước nhảy vọt về các tính năng như computational photography (sử dụng phần mềm, trí tuệ nhân tạo để khắc phục những điểm yếu vật lí khi chụp ảnh bằng smartphone) hay nâng cao kết xuất đồ họa để chơi game.

Kaiann Drance, người đứng đầu bộ phận marketing iPhone cho biết: “Đây thực sự là cuộc thiết kế lại lớn nhất trong kiến trúc GPU (đơn vị xử lý đồ họa) và lịch sử chip silicon của Apple. Lần đầu tiên chúng tôi có hardware accelerated ray tracing (tạm dịch: công nghệ dò tia tăng tốc phần cứng) và một số công nghệ khác cho phép các nhà phát triển trò chơi tạo ra một số hiệu ứng hình ảnh thực sự ấn tượng”.

Điều đó dẫn đến sự phát triển của các phiên bản dành cho iPhone từ Assassin's Creed Mirage của Ubisoft, The Division Resurgence và Resident Evil 4 của Capcom.

Apple cũng cho biết A17 Pro là chip đầu tiên của hãng được sản xuất trên quy trình 3 nm với số lượng lớn. Srouji nói: “Mặc dù chúng tôi không phải là một công ty sản xuất chip nhưng chúng tôi đang dẫn đầu ngành là có lý do”.

Sự vượt trội

Bước nhảy vọt của Apple lên quy trình 3 nm tiếp tục với chip M3 dành cho máy tính Mac, được công bố vào tháng 10. Apple cho biết M3 hỗ trợ các tính năng như thời lượng pin 22 giờ và tương tự như A17 Pro, tăng hiệu suất đồ họa.

Ternus, người đã làm việc tại Apple được 22 năm, cho biết: “Đó là những ngày đầu. Chúng tôi còn rất nhiều việc phải làm, nhưng tôi nghĩ hiện nay gần như tất cả các máy Mac đều có khả năng chạy các tựa game Triple-A, điều này không giống như 5 năm trước.”

Trong một sự thay đổi lớn đối với ngành bán dẫn, Apple đã từ bỏ sử dụng bộ xử lý PC của Intel vào năm 2020, chuyển sang sử dụng chip M1 của riêng mình bên trong MacBook Air và các máy Mac khác.

“Chúng tôi có thể tạo ra một chiếc MacBook Air cực kỳ mỏng và nhẹ, thời lượng pin 18 giờ và vượt trội hơn cả chiếc MacBook Pro mà chúng tôi vừa xuất xưởng”, Ternus nói thêm. Ông cho biết MacBook Pro mới nhất với chip tiên tiến hàng đầu của Apple, M3 Max sẽ nhanh hơn 11 lần so với chiếc MacBook Pro sử dụng chip Intel.

‘Modem rất khó’

Những năm qua, Apple tìm cách nghiên cứu và phát triển modem 5G để hạn chế phụ thuộc vào Qualcomm. Họ thậm chí mua lại bộ phận kinh doanh chip mạng của Intel với mục tiêu tự sản xuất modem 5G cho iPhone 2023. Tuy nhiên kế hoạch sản xuất modem 5G của Apple vẫn chưa thành công, hãng vừa phải ký hợp đồng với Qualcomm để cung cấp modem cho mình cho đến năm 2026.

Thách thức

Một mối lo ngại khác Apple cũng phải đối mặt là tình trạng thiếu nhân lực sản xuất chip có tay nghề cao ở Mỹ. TSMC cho biết nhà máy ở Arizona của họ hiện bị trì hoãn đến năm 2025 vì thiếu công nhân lành nghề. Dù có liên quan đến tình trạng thiếu nhân tài hay không, Apple cũng đã chứng kiến sự chậm lại trong việc phát hành chip mới.

Tham khảo CNBC