Bên trong căn phòng chứa tham vọng sản xuất chip của Apple

Apple nổi tiếng với các thiết bị điện tử tiêu dùng nhưng sự thú vị của công ty này không chỉ nằm ở những chiếc iPhone. Ở trụ sở Apple tại Silicon Valley, trong một căn phòng bình thường với vài chiếc máy và một số kỹ sư, Apple đang thiết kế những dòng chip vốn là bộ não cho các thiết bị của mình, theo CNBC.

Apple lần đầu giới thiệu những linh kiện bán dẫn của riêng mình trong chiếc iPhone 4 ra mắt vào năm 2010. Đến năm nay, tất cả các dòng máy tính Mac mới đều vận hành từ các con chip của chính Apple, kết thúc sự phụ thuộc vào Intel kéo dài tới 15 năm.

“Một trong những thay đổi sâu sắc nhất, nếu không muốn nói là thay đổi sâu sắc nhất, tại Apple trong 20 năm qua là việc chúng tôi đã tự mình thực hiện nhiều công nghệ”, John Ternus, người điều hành mảng kỹ thuật phần cứng tại Apple, chia sẻ. “Nằm ở đầu danh sách này, dĩ nhiên là những con chip”.

Hồi tháng 11, CNBC đã có cơ hội hiếm hoi đến thăm phòng thí nghiệm chip của Apple và trò chuyện với Johny Srouji, người đứng đầu mảng chip của hãng này. “Chúng tôi có hàng nghìn kỹ sư”, Srouji nói. “Nhưng nếu bạn nhìn vào danh mục chip mà chúng tôi sản xuất, bạn sẽ thấy chúng rất tinh gọn và hiệu quả”. Khác với các công ty sản xuất chip truyền thống, Apple không sản xuất chip cho các công ty khác.

“Vì chúng tôi không bán chip ra bên ngoài, chúng tôi thực sự tập trung vào sản phẩm”, Srouji nói. “Điều này giúp chúng tôi có sự tự do để tối ưu và kiến trúc có khả năng tăng quy mô giúp chúng tôi có thể tái sử dụng nhiều linh kiện giữa các sản phẩm khác nhau”.

Sức mạnh của iPhone từ năm 2010

Srouji đến Apple vào năm 2008 để lãnh đạo một nhóm nhỏ gồm 40 đến 50 kỹ sư phát triển một dòng chip tùy chỉnh cho iPhone. Một tháng sau khi gia nhập Apple, Apple mua P.A. Semiconductor, một startup có 150 nhân sự, với giá 278 triệu USD.

“Apple sẽ bắt đầu phát triển các dòng chip riêng, đó là điều rút ra ngay được khi Apple mua P.A. Semi”, Ben Bajarin, CEO Creative Strategies, nhận định. Với chiến lược tập trung vào thiết kế, Apple rõ ràng muốn làm chủ công nghệ nhiều nhất có thể, ông nói thêm.

2 năm sau thương vụ thâu tóm, Apple ra mắt dòng chip tùy biến đầu tiên với tên gọi Apple A4 trong chiếc iPhone 4 và iPad đời đầu.

“Chúng tôi phát triển thứ mà chúng tôi gọi là kiến trúc bộ nhớ hợp nhất để có thể mở rộng xuyên suốt các dòng sản phẩm”, Srouji chia sẻ. “Chúng tôi xây dựng một kiến trúc bắt đầu với iPhone, sau đó mở rộng sang iPad, và sau đó tới đồng hồ thông minh và cuối cùng là máy tính Mac”.

Đội ngũ phát triển chip của Apple đã phát triển lên hàng nghìn kỹ sư làm việc ở nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới, bao gồm Israel, Đức, Áo, Anh và Nhật Bản. Ở Mỹ, Apple có cơ sở ở Silicon Valley, San Diego và Austin, Texas.

Loại chip chính mà Apple đang phát triển là Hệ thống trên chip (SoC). Loại chip này là sự kết hợp của chip xử lý tập trung (CPU), chip xử lý đồ họa (GPU) và nhiều thành phần khác, Barajin giải thích và nói thêm rằng Apple còn có một linh kiện khác là chip xử lý thần kinh (NPU).

SoC đầu tiên của Apple là dòng chip A series. Dòng chip này đã phát triển từ phiên bản A4 của năm 2010 lên tới dòng chip A17 Pro ra mắt trong năm nay. Đây là dòng chip có trong iPhone, iPad, Apple TV và HomePod. Một dòng SoC khác của Apple là M series. M series ra mắt năm 2020 và có trong những chiếc Mac và iPad cao cấp. Dòng chip này đến nay đã có bản M3.

Ra mắt vào năm 2015, dòng chip S series có kích thước nhỏ hơn và dành cho đồng hồ thông minh Apple Watch. Trong khi đó, dòng H và W được dùng trong AirPods. Chip U cho phép giao tiếp giữa các thiết bị Apple. Và dòng chip mới nhất, R1, sẽ tới tay người dùng đầu năm sau trong Apple Vision Pro. Apple nói rằng dòng chip này sẽ giúp Vision Pro có thể truyền hình ảnh tới màn hình chỉ trong 12 mili giây.

“Chúng tôi phải thiết kế chip trước”, Srouji nói. Ông chia sẻ thêm rằng nhân viên của mình hợp tác với đội ngũ của Ternus để “thiết kế chính xác những con chip dành cho từng sản phẩm và chỉ dành cho chính sản phẩm đó”. Ví du, dòng chip H2 trong AirPods Pro thế hệ 2 giúp tai nghe này có khả năng kháng ồn. Với dòng chip A, Apple nói rằng đây là dòng chip cấu trúc 3nm đầu tiên được sản xuất với số lượng lớn.

Thay thế Intel trong máy tính Mac

Bước tiến của Apple với chip 3nm tiếp tục với dòng M3 dành cho máy tính Mac ra mắt vào tháng 10 năm nay. Apple nói rằng M3 giúp máy tính Mac có thời lượng sử dụng 22 giờ và cải tiến hiệu năng đồ họa.

“Chúng tôi vẫn đang ở trong giai đoạn đầu”, Ternus nói. “Chúng tôi còn nhiều việc phải làm nhưng chúng tôi có rất nhiều dòng máy Mac và hầu hết các dòng Mac đều có thể chơi được các trò chơi hạng AAA, đây là điều không thể cách đây khoảng 5 năm”.

Như một cú sốc trong ngành công nghiệp bán dẫn, Apple dừng sử dụng chip máy tính của Intel vào năm 2020 để chuyển sang dùng dòng chip M1 của mình.

“Như thế quy luật vật lý đã thay đổi”, ông Ternus nói. “Chúng tôi bỗng nhiên có thể phát triển dòng MacBook Air cực mỏng và nhẹ, không có quạt, thời lượng pin 18 giờ và hiệu năng vượt qua cả chiếc MacBook Pro mà chúng tôi vừa bán ra trước đó”.

Ông chia sẻ rằng dòng MacBook Pro với con chip M3 Max “nhanh hơn 11 lần so với dòng MacBook Pro Intel mà Apple bán 2 năm trước đó”.

Khi dòng chip tùy chỉnh đầu tiên của Apple được giới thiệu 13 năm trước đó, Apple như một hiện tượng lạ muốn tạo ra sự đột phá trên thị trường. Kể từ thời điểm đó, nhiều công ty không chuyên về chip như Amazon, Google, Microsoft và Tesla cũng đã nhập cuộc chơi.

“Modem là một thách thức”

Apple chưa tự chủ được tất cả chip bán dẫn trong thiết bị của mình. Modem là một trong số đó. Apple hiện đang phụ thuộc vào Qualcomm đối với chip modem. Mặc dù vào năm 2019, 2 công ty này đã giải quyết được một cuộc chiến pháp lý kéo dài 2 năm liên quan đến sở hữu trí tuệ. Một thời gian ngắn sau đó, Apple mua phần lớn mảng kinh doanh modem 5G của Intel với giá 1 tỷ USD. Đây được xem là một động thái cho thấy Apple đang muốn sản xuất chip modem 5G của riêng mình. Song điều này vẫn chưa được hiện thực hóa. Hồi tháng 9, Apple ký thỏa thuận cung ứng modem với Qualcomm cho tới năm 2026.

“Qualcomm vẫn đang sản xuất modem tốt nhất thế giới”, Bajarin nói. “Cho tới khi Apple có thể làm được điều đó, tôi không thấy cơ sở để họ gia nhập cuộc chơi”. Ông Srouji cho biết ông không thể chia sẻ được về “công nghệ và sản phẩm tương lai” nhưng “Apple quan tâm đến mảng chip modem và có nhân sự để hiện thực hóa nó”. Apple cũng được cho là đang phát triển chip Bluetooth và Wi-Fi của riêng mình.

Một mối lo lắng khác của Apple là thiếu nhân sự mảng chip ở Mỹ. Không thẳng thắn nói về vấn đề này song Apple thừa nhận bản thân họ đang chứng kiến việc ra mắt chip chậm hơn.

“Các phiên bản chip sẽ mất nhiều thời gian hơn để phát triển vì điều này ngày càng khó hơn”, ông Srouji nói. “Khả năng đóng gói nhiều hơn và đạt đến mức độ hiệu quả tốt hơn khác nhiều so với 10 năm trước”.