Mỗi người trong chúng ta hiện nay sở hữu rất nhiều thiết bị. Nhưng mọi người chỉ quan tâm đến việc chúng có hoạt động không, chứ chẳng mấy ai để tâm đến công nghệ đằng sau những thiêt bị này. Nhiều thiết bị chúng ta đang sử dụng hoạt động nhờ System on a Chip (SoC).

Trạng thái duy trì năng lượng cho hầu hết các thiết bị di động hiện nay từ điện thoại thông minh đến máy tính bảng là nhờ vào những con chip nhỏ và hiệu quả về tiết kiệm điện. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về SoC và các thành phần cấu tạo của chúng.

SoC là gì?

Thuật ngữ SoC là viết tắt của System on a Chip, hay còn gọi là hệ thống tích hợp trên một chip. SoC thường được sử dụng trong các thiết bị di động với kích thước nhỏ và tiết kiệm năng lượng do tích hợp nhiều thành phần tính toán quan trọng vào một con chip duy nhất.

Từ năm 1970, một số công ty đã nghiên cứu đưa nhiều thành phần vào một con chip để cung cấp năng lượng cho đồng hồ kỹ thuật số. Trong số đó, Intel đã thành công khi thực hiện việc này với Microma Digital Watch vào năm 1974, đưa ra SoC đầu tiên. Công ty đã tích hợp chức năng thời gian và driver LCD vào một chip duy nhất.

SoC đã phát triển mạnh mẽ vào thập kỷ 80 và 90 khi máy tính cá nhân trở nên phổ biến, yêu cầu sử dụng các con chip nhỏ hơn để cung cấp năng lượng. Trong những năm 90, việc tích hợp SoC vào điện thoại di động đã trở thành xu hướng và vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay trong các thiết bị thông minh như điện thoại và máy tính bảng.

Có gì trong một SoC?

Thiết bị di động như smartphone và tablet cần có thiết kế nhỏ gọn, điều này là lý do cho sự tồn tại của SoC. Các nhà sản xuất SoC tổ hợp các thành phần cần thiết thành một con chip để tiết kiệm không gian. Việc đặt tất cả các thành phần trên cùng một chip giúp tiết kiệm không gian rất nhiều so với việc phân bố chúng khắp bo mạch chủ.

Vậy có những gì trên một SoC?

Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Một trong những thành phần quan trọng của SoC là CPU, hay còn được biết đến như bộ não của thiết bị. CPU đảm nhiệm việc xử lý tất cả các tác vụ chính mà người dùng thực hiện trên thiết bị của mình. Tương tự như cách bộ não xử lý thông tin từ các giác quan, CPU xử lý thông tin từ RAM và bộ nhớ cache.

Bộ xử lý đồ họa (GPU)

GPU trong SoC hoạt động tương tự như CPU, nhưng khác biệt ở việc xử lý các tác vụ khác nhau. Trong khi CPU có khả năng xử lý mọi loại công việc từ mã nguồn đến đồ họa, thì GPU đảm nhận trách nhiệm xử lý các thông tin đồ họa để giảm áp lực cho CPU. Điều này có nghĩa rằng GPU xử lý tất cả những gì xuất hiện trên màn hình, giúp tăng hiệu suất của thiết bị.

RAM

RAM là viết tắt của Random Access Memory (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên), nơi chứa dữ liệu cần được truy cập ngay sau đó và tại vị trí đó. Trước đây, máy tính phải truy cập dữ liệu trực tiếp từ các đơn vị lưu trữ vật lý, dẫn đến tốn nhiều thời gian.

RAM giúp khắc phục sự cố này bằng cách sử dụng bộ nhớ đọc và ghi dữ liệu nhanh hơn đáng kể so với bộ nhớ thông thường và cả SSD. Khi dữ liệu được load vào RAM, CPU có thể truy cập và gọi lại dữ liệu hữu ích một cách dễ dàng từ bộ nhớ cực nhanh.

Ví dụ, khi bạn khởi chạy một ứng dụng, dữ liệu từ ổ cứng sẽ được load vào RAM để CPU có thể truy cập. Việc load dữ liệu từ ổ cứng vào RAM giúp tăng tốc độ truy xuất dữ liệu và giữ cho việc sử dụng ứng dụng diễn ra một cách suôn sẻ hơn. CPU sẽ load dữ liệu vào RAM mà nó cho rằng bạn có thể sử dụng, nhằm tối ưu hóa quá trình truy xuất dữ liệu khi liên quan đến các chức năng của ứng dụng.

Cache

Mặc dù RAM là một loại bộ nhớ có khả năng truy cập nhanh, tuy nhiên cache của CPU lại là loại bộ nhớ với tốc độ truy cập cao hơn. RAM lưu trữ dữ liệu mà CPU cần sử dụng, nhưng những thông tin mà thường xuyên truy cập sẽ được chuyển vào cache để truy cập nhanh hơn. Cache có khả năng truyền dữ liệu tới CPU nhanh hơn cả RAM.

Khi bạn mở một chương trình nhiều lần trong một khoảng thời gian ngắn, hệ thống sẽ tự động lưu trữ chương trình đó trong bộ nhớ cache để giúp tăng tốc độ load. Tương tự, các trang web cũng được lưu trữ trong cache để giúp việc truy cập nhanh hơn.

Modem tín hiệu

Các modem tín hiệu thực tế được tích hợp vào SoC, có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu kỹ thuật số để điện thoại hoặc thiết bị di động có thể hiểu. Đồng thời, modem cũng thực hiện việc chuyển đổi ngược lại khi gửi dữ liệu đến các máy chủ. Điều này có vẻ lạ lẫm nhưng đó chính là công việc cần thiết để truyền thông giữa thiết bị và máy chủ.

Image Processing Unit (IPU)

IPU là đơn vị chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu từ camera. Khi ánh sáng chiếu vào cảm biến hình ảnh, dữ liệu sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số và gửi đến SoC. Sau đó, IPU sẽ xử lý dữ liệu đó trong khi CPU có thể thực hiện các công việc khác.

Trình mã hóa video

Khi bạn có dữ liệu video trên thiết bị, bạn cần chuyển đổi dữ liệu từ kỹ thuật số thành analog để có thể xem. Trình mã hóa video sẽ tiến hành quá trình này bằng cách chuyển đổi tín hiệu từ số sang analog. Sau đó, tín hiệu analog sẽ được chuyển đổi thành ánh sáng trên màn hình để hiển thị hình ảnh cho người xem.

Tùy thuộc vào thiết bị, các SoC có thể có các thành phần khác nhau. Một số SoC không tích hợp RAM, trong khi những SoC khác có một thành phần gọi là NPU (Neural Processing Unit) để xử lý các tác vụ liên quan đến trí tuệ nhân tạo và Machine Learning.