Báo Cáo Bài Tập Lớn - Thiết Kế Hệ Thống Vlsi - Đề Tài - Tìm Hiểu Về Công Nghệ Kiến Trúc Chip Apple A15 Bionic

Tìm hiểu chip A15 Bionic Mục lục BỘ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ KIẾN TRÚC CHIP APPLE A15 BIONIC MỤC LỤC CHUNG Tìm hiểu chip A15 Bionic Mục lục LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHUNG LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH .4 DANH MỤC BẢNG Chương Tổng quan công nghệ sử dụng chip Apple A15 Bionic 1.1 Tổng quan Chip A15 Bionic 1.1.1 Kiến trúc tính A15 Bionic .6 1.1.2 Hiệu suất A15 Bionic 1.1.3 Tầm quan trọng A15 Bionic 1.1.4 Kết luận 1.2 Công nghệ sử dụng A15 Bionic 1.2.1 CPU 1.2.2 ISP 1.2.3 NPU 1.2.4 GPU 1.2.5 5G Modem 1.2.6 Neural Engine 1.2.7 Secure Enclave 10 1.2.8 Tối ưu hóa hiệu suất 10 Chương Những điểm bật chip Apple A15 Bionic 12 2.1 Hiệu mạnh mẽ 12 2.2 Tiết kiệm điện 13 2.3 Tốc độ khung hình nhanh .14 2.4 Nâng cao khả chụp ảnh 15 2.5 Tích hợp cơng nghệ 5G 16 2.6 Bảo mật cao 17 2.7 Tính chơi game tốt 17 2.8 Khả xử lý hình ảnh .18 2.9 Một số so sánh chip A15 Bionic A14 Bionic 19 KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 LỜI NĨI ĐẦU Trong giới cơng nghệ ngày nay, chip vi xử lý phần thiếu thiết bị điện tử smartphone, máy tính bảng máy tính cá nhân Apple công ty hàng đầu lĩnh vực này, với A15 Bionic coi chip vi xử lý mạnh mẽ tiên tiến thị trường Với A15 Bionic, Apple tiếp tục đưa cơng nghệ chip đến tầm cao Được sản xuất quy trình 5nm, A15 Bionic có kiến trúc nhân, với đặc tính tiết kiệm lượng hiệu suất tăng cao Nó trang bị cơng nghệ tiên tiến Neural Engine, ISP, GPU hệ thống bảo mật Secure Enclave Tất tính giúp A15 Bionic đạt hiệu suất tuyệt vời khả xử lý đa nhiệm tốt thị trường Với tầm quan trọng Apple ngành công nghiệp điện tử toàn cầu, A15 Bionic sử dụng rộng rãi sản phẩm Apple iPhone 13 13 Pro, iPad mini iPad Air Tuy nhiên, với giá thành đắt đỏ, nhà sản xuất thiết bị di động phải đánh giá kỹ trước định sử dụng chip Chúng ta sâu vào kiến trúc tính A15 Bionic chương sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ sử dụng chip Apple A15 Bionic Chương 2: Những điểm bật chip Apple A15 Bionic Tìm hiểu chip A15 Bionic Mục lục DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1-1 Chip A15 Bionic sản phẩm Apple Hình 1-2 Tầm quan trọng chip A15 Bionic .7 Hình 1-3 CPU Hình 1-4 Cải thiện hiệu suất xử lý 10 Hình 1-5 Tối ưu hóa hiệu suất .11 Hình 2-1 Chip Apple A15 Bionic có hiệu mạnh mẽ 12 Hình 2-2 Apple A14 Bionic tiết kiệm khoảng 15% lượng so với A14 Bionic .13 Hình 2-3 Chip có khả phản hồi cử chỉ, hoạt động với tốc độ cực nhanh .14 Hình 2-4 A15 Bionic giúp nâng cao khả chụp ảnh 15 Hình 2-5 Chip Apple A15 Bionic tích hợp cơng nghệ 5G .16 Hình 2-6 Chơi game mượt mà 17 Hình 2-7 Khả xử lý hình ảnh cực tốt .18 DANH MỤC BẢNGY Bảng 2-1 Bảng so sánh chip A15 chip A14 .19 Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương Chương Tổng quan công nghệ sử dụng chip Apple A15 Bionic 1.1 Tổng quan Chip A15 Bionic Chip A15 Bionic sản phẩm Apple sử dụng sản phẩm hãng iPhone 13, iPhone 13 Mini, iPhone 13 Pro iPhone 13 Pro Max Với nhiều cải tiến đáng kể so với phiên trước đó, A15 Bionic coi chip vi xử lý mạnh tiên tiến Chip Apple A15 Bionic giới thiệu lần vào ngày 15/09/2021 Apple cho mắt dòng điện thoại iPhone 13 đường đua công nghệ Đây xem chip xử lý di động hàng đầu giới với hiệu mạnh mẽ Apple A15 Bionic trang bị CPU sáu lõi 64bit, sử dụng ARMv8 với hai lõi hiệu suất cao Avalance bốn lõi tiết kiệm lượng Blizzara, kèm GPU lõi GPU lõi mắt sản phẩm Apple Với tiến trình sản xuất 5nm+ từ TSMC, chip Apple A15 Bionic sở hữu Neural Engine 16 lõi có khả đạt 15.8 nghìn tỷ hoạt động giây cho khả thúc đẩy mạnh hoạt động Siri Live Text Camera cải thiện việc học máy Hình 1-1 Chip A15 Bionic sản phẩm Apple Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 1.1.1 Kiến trúc tính A15 Bionic A15 Bionic sản xuất tiến trình 5nm, cho phép tích hợp nhiều thành phần vào chip với kích thước nhỏ gọn tiết kiệm lượng Chip A15 Bionic sử dụng kiến trúc lõi với lõi hiệu cao (high-performance cores) lõi tiết kiệm lượng (efficiency cores) Các lõi hiệu cao thiết kế để xử lý nhiệm vụ khó khăn u cầu nhiều sức mạnh tính tốn chơi game hay chỉnh sửa video Trong đó, lõi tiết kiệm lượng thiết kế để xử lý tác vụ nhẹ nhàng gửi email, truy cập trang web, chạy ứng dụng Một tính bật A15 Bionic khả xử lý đồ họa mạnh mẽ Chip có GPU (Graphics Processing Unit) nhân, cung cấp hiệu suất đồ họa tuyệt vời cho ứng dụng trò chơi yêu cầu nhiều đồ họa Điều cho phép người dùng có trải nghiệm đa phương tiện tuyệt vời hơn, với ứng dụng trò chơi chạy mượt mà chi tiết A15 Bionic trang bị Neural Engine (bộ xử lý trí tuệ nhân tạo) 16 nhân Neural Engine cung cấp sức mạnh tính tốn trí tuệ nhân tạo, giúp ứng dụng tính nhận diện khuôn mặt, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, trải nghiệm AR (Augmented Reality) hoạt động nhanh xác Bên cạnh đó, A15 Bionic cịn có cấu trúc nhớ tiên tiến, bao gồm nhớ đệm L1 L2 tối ưu hóa cho hiệu suất cao tiết kiệm lượng Ngoài ra, chip cịn có hệ thống nhớ chia sẻ (Unified Memory Architecture), giúp tối ưu hóa hiệu suất cho CPU GPU Về mặt kết nối, A15 Bionic hỗ trợ công nghệ 5G Wi-Fi 6E, cho phép người dùng truy cập nhanh ổn định đến Internet Chip tích hợp xử lý hình ảnh ISP (Image Signal Processor) cải tiến, giúp cải thiện chất lượng hình ảnh video camera iPhone 1.1.2 Hiệu suất A15 Bionic A15 Bionic chip vi xử lý mạnh tiên tiến thị trường Nó cung cấp hiệu suất đa nhiệm tuyệt vời, cho phép người dùng chạy nhiều ứng dụng lúc mà không gặp trở ngại Trong kiểm tra benchmark, A15 Bionic đạt điểm số cao, vượt trội so với đối thủ cạnh tranh thị trường Ví dụ, theo Geekbench, A15 Bionic đạt điểm số 4.788 15.146 cho kiểm tra đơn lõi đa lõi, kết cao đo với chip vi xử lý di động Đối với ứng dụng đồ họa, A15 Bionic đem lại hiệu suất đáng kinh ngạc Với khả xử lý đồ họa mạnh mẽ, A15 Bionic cho phép người dùng chơi trò chơi yêu cầu nhiều đồ họa cách mượt mà chi tiết Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 1.1.3 Tầm quan trọng A15 Bionic A15 Bionic không chip vi xử lý mạnh mẽ, mà cịn có tầm quan trọng ngành cơng nghiệp điện tử tồn cầu Với kiến trúc tính tiên tiến, A15 Bionic cho phép người dùng tận hưởng trải nghiệm di động, đồng thời thúc đẩy tiến phát triển công nghệ khác AR, AI, Internet of Things (IoT) Ngồi ra, A15 Bionic có tầm quan trọng Apple, thành phần quan trọng iPhone 13 13 Pro, giúp tăng cường khả cạnh tranh Apple thị trường di động Tuy nhiên, giá thành A15 Bionic đắt đỏ, nhà sản xuất thiết bị di động phải đánh giá kỹ trước định sử dụng chip Hình 1-2 Tầm quan trọng chip A15 Bionic 1.1.4 Kết luận A15 Bionic chip vi xử lý mạnh tiên tiến thị trường nay, với kiến trúc tính tiên tiến, đem lại hiệu suất đa nhiệm tuyệt vời, cho phép người dùng chạy nhiều ứng dụng lúc mà không gặp trở ngại Với tầm quan trọng ngành công nghiệp điện tử toàn cầu, A15 Bionic thúc đẩy tiến phát triển công nghệ khác AR, AI, IoT Trong tương lai, A15 Bionic tiếp tục cải tiến nâng cấp để đáp ứng nhu cầu ngày tăng cao người dùng di động Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 1.2 Công nghệ sử dụng A15 Bionic A15 Bionic chip vi xử lý sản xuất quy trình chế tạo nanomet Nó bao gồm nhiều cơng nghệ tính tiên tiến để cải thiện hiệu suất tiết kiệm lượng 1.2.1 CPU A15 Bionic tích hợp vi xử lý (CPU) sử dụng kiến trúc Armv8.4-A, bao gồm hai nhân hiệu cao (High-Performance cores) bốn nhân hiệu suất thấp (Efficiency cores) Các nhân hiệu cao thiết kế để xử lý tác vụ nặng đòi hỏi độ phức tạp cao, nhân hiệu suất thấp giúp tiết kiệm lượng xử lý tác vụ đơn giản Mỗi nhân hiệu cao cải tiến với nhớ đệm L1 riêng biệt, giúp tăng tốc độ xử lý tối ưu hóa hiệu suất Ngồi ra, A15 Bionic cịn tích hợp điều khiển nhớ đệm L2 chung cho tất nhân, giúp tối ưu hóa việc truy cập liệu Hình 1-3 CPU Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 1.2.2 ISP A15 Bionic tích hợp xử lý hình ảnh (ISP) nhân, giúp cải thiện hiệu suất chụp ảnh quay video ISP có khả xử lý đa trục (multicore) hỗ trợ tính chụp ảnh Night mode, Deep Fusion Live Photos Ngoài ra, ISP A15 Bionic hỗ trợ xử lý video độ phân giải cao chuẩn HDR, cho phép người dùng quay phim với chất lượng cao 1.2.3 NPU A15 Bionic tích hợp đơn vị xử lý đơn vị xử lý thần kinh (NPU), giúp tối ưu hóa hiệu suất tiết kiệm lượng xử lý tác vụ liên quan đến trí tuệ nhân tạo NPU tích hợp A15 Bionic có khả xử lý đồng thời nhiều tác vụ liên quan đến trí tuệ nhân tạo, giúp tăng tốc độ xử lý tiết kiệm lượng NPU A15 Bionic cịn tích hợp công nghệ SparseML ReLUs 8-bit, giúp tối ưu hóa hiệu suất giảm thiểu tài nguyên cần thiết để xử lý tác vụ liên quan đến trí tuệ nhân tạo 1.2.4 GPU A15 Bionic tích hợp xử lý đồ họa (GPU) nhân, giúp cải thiện hiệu đồ họa chơi game GPU A15 Bionic sử dụng kiến trúc Apple, với nhân tích hợp khả xử lý đa luồng (multithreading) khả điều chỉnh hiệu suất linh hoạt GPU A15 Bionic hỗ trợ tính đồ họa Adaptive-Sync, giúp tối ưu hóa hình cho trị chơi có tốc độ khung hình thay đổi, Ray-Tracing, giúp tăng độ chân thực đồ họa 1.2.5 5G Modem A15 Bionic tích hợp modem 5G, giúp tăng tốc độ kết nối mạng cải thiện trải nghiệm trực tuyến Modem 5G tích hợp A15 Bionic hỗ trợ chuẩn kết nối mạng 5G, 4G 3G, giúp người dùng kết nối với mạng tốc độ cao 1.2.6 Neural Engine A15 Bionic trang bị đơn vị xử lý thần kinh (Neural Engine) 16 nhân, giúp cải thiện hiệu suất xử lý tác vụ liên quan đến trí tuệ nhân tạo học máy Neural Engine tích hợp A15 Bionic cung cấp khả xử lý nhanh tiết kiệm lượng Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương cho ứng dụng liên quan đến trí tuệ nhân tạo phân loại hình ảnh, nhận dạng giọng nói nhận dạng khn mặt Hình 1-4 Cải thiện hiệu suất xử lý 1.2.7 Secure Enclave A15 Bionic trang bị Secure Enclave, vùng nhớ mã hóa lập để bảo vệ thông tin nhạy cảm người dùng thông tin đăng nhập dấu vân tay Secure Enclave cung cấp khả bảo vệ cao cho thông tin cá nhân người dùng giúp tăng tính bảo mật hệ thống 1.2.8 Tối ưu hóa hiệu suất Ngồi tính nâng cao vi xử lý, đồ họa, trí tuệ nhân tạo kết nối mạng, A15 Bionic cịn tối ưu hóa để tăng hiệu suất tiết kiệm lượng Ví dụ, A15 Bionic tích hợp điều khiển điện áp điện tử, giúp điều chỉnh điện áp dòng điện cho thành phần khác hệ thống để tiết kiệm lượng Ngoài ra, A15 Bionic sử dụng công nghệ gọi Heterogeneous System Architecture (HSA), giúp thành phần khác hệ thống truyền thông với cách hiệu dễ dàng Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương HSA giúp thành phần hệ thống CPU, GPU Neural Engine truyền liệu chia sẻ tài nguyên với cách nhanh chóng dễ dàng hơn, giúp tăng hiệu suất tiết kiệm lượng Tổng thể, cơng nghệ tính giúp A15 Bionic cải thiện hiệu năng, tăng khả xử lý đa nhiệm tăng cường trải nghiệm người dùng Tuy nhiên, điểm mạnh A15 Bionic khả tiết kiệm lượng, giúp kéo dài thời lượng sử dụng pin thiết bị di động Hình 1-5 Tối ưu hóa hiệu suất Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương Chương Những điểm bật chip Apple A15 Bionic 2.1 Hiệu mạnh mẽ Apple A15 Bionic sở hữu CPU lõi mang lại hiệu suất tăng 40% GPU - lõi mang lại hiệu suất đồ họa tăng đến 80% so với hệ chip trước Apple Chính thế, chip có khả xử lý mượt mà tác vụ đòi hỏi khắt khe nhất, từ trò chơi đồ họa phong phú đến ứng dụng chuyên nghiệp cấu hình cao sử dụng nhà thiết kế, phi công, bác sĩ, Apple A15 Bionic có hiệu mạnh 13.7% so với chip Exynos 2200 trang bị Flagship cao cấp Samsung vượt 30% so với đối thủ hàng đầu Thế nên, chip Apple đánh giá chip hàng đầu giới Hình 2-6 Chip Apple A15 Bionic có hiệu mạnh mẽ Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 2.2 Tiết kiệm điện Được xây dựng tiến trình 5nm+ đến từ TSMC với lõi tiết kiệm lượng Blizzard, chip Apple A15 Bionic có khả tiết kiệm điện đáng kinh ngạc, tiết kiệm khoảng 15% lượng so với chip Apple A14 mắt trước Hình 2-7 Apple A14 Bionic tiết kiệm khoảng 15% lượng so với A14 Bionic Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 2.3 Tốc độ khung hình nhanh Chip Apple A15 Bionic trang bị tốc độ làm thích ứng từ 10Hz đến 120Hz với GPU - lõi mang đến hiệu suất mạnh mẽ, tốc độ khung hình nhanh người dùng cần giảm mức tần số quét để trì tuổi thọ pin cho máy Thêm vào đó, với đồng xử lý cảm ứng bật thiết kế tùy chỉnh để hoạt động với iOS 15, chip sở hữu khả phản hồi cử chỉ, hoạt ảnh, hoạt động với tốc độ cực nhanh Hình 2-8 Chip có khả phản hồi cử chỉ, hoạt động với tốc độ cực nhanh Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 2.4 Nâng cao khả chụp ảnh Chip xử lý Apple A15 Bionic sở hữu công cụ thần kinh tiên tiến giúp tính “Chế độ điện ảnh” mắt Apple dễ dàng nhận dạng khuôn mặt cảnh quay video nhằm phát đối tượng đối mặt với máy ảnh hay nhìn xa Thơng qua cơng nghệ hình ảnh Dolby Vision với độ phân giải 1080p, Apple A15 Bionic mang đến hiệu ứng làm mờ chân dung cực ấn tượng Hình 2-9 A15 Bionic giúp nâng cao khả chụp ảnh Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 2.5 Tích hợp cơng nghệ 5G Những năm gần đây, công nghệ 5G dần nhà sản xuất thiết bị thông minh hướng đến, có Apple Thế nên, lần tái xuất với iPhone 13 vừa qua, Apple tiến hành tích hợp cơng nghệ 5G vào chip A15 Bionic Apple A15 Bionic ghép nối với modern Snapdragon X60 hỗ trợ tốc độ tối đa tương tự X55 có tốc độ truy cập cao nhờ cơng nghệ tổng hợp sóng mang cải tiến Thêm vào đó, Apple tiến hành cải tiến tốc độ pin giúp tiêu hao tuổi thọ pin sử dụng 5G so với X55 Hình 2-10 Chip Apple A15 Bionic tích hợp cơng nghệ 5G 2.6 Bảo mật cao A15 Bionic tích hợp với Secure Enclave, tính bảo mật cao cấp Apple, cho phép thiết bị sử dụng A15 Bionic bảo vệ liệu tốt Ngồi ra, A15 Bionic cịn tích hợp cơng nghệ Face ID Touch ID Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương 2.7 Tính chơi game tốt Với khả xử lý đồ họa mạnh mẽ, A15 Bionic cho phép game thủ có trải nghiệm chơi game tốt với đồ họa chân thực mượt mà Hình 2-11 Chơi game mượt mà 2.8 Khả xử lý hình ảnh A15 Bionic tích hợp với cơng nghệ ISP (Image Signal Processor) Apple, cho phép chip xử lý hình ảnh nhanh cho chất lượng ảnh tốt Ngồi ra, A15 Bionic cịn hỗ trợ tính chụp ảnh quay video Smart HDR 4, ProRes Slow-motion Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương Hình 2-12 Khả xử lý hình ảnh cực tốt 2.9 Một số so sánh chip A15 Bionic A14 Bionic Tên sản phẩm Hiệu Chip A15 Bionic Chip A14 Bionic - CPU lõi 64bit, sử dụng - CPU lõi 64bit với lõi hiệu suất ARMv8 với lõi hiệu suất cao cao (Firestorm), lõi tiết kiệm Avalance lõi tiết kiệm Tìm hiểu chip A15 Bionic Chương lượng Blizzara, mang lại hiệu cao 40% so với A14 Bionic lượng (Icestorm) - GPU - lõi mang lại hiệu - GPU - lõi mạnh mẽ suất đồ họa tăng đến 80% so với chip A14 Bionic Tốc độ xử lý hình ảnh Tốc độ phản hồi hình ảnh cực Tốc độ Machine Learning học hỏi nhanh với tốc độ làm thích phục vụ AI tăng gấp 10 lần, qua ứng từ 10Hz đến 120Hz cải thiện hình ảnh hiển thị Sản xuất tiến trình 5nm+ Tiết kiệm pin với lõi tiết kiệm lượng Blizzard mang đến khả tiết kiệm 15% so với A14 Bionic A14 Bionic chế tạo quy trình nm Apple lõi tiết kiệm điện Icestorm cho khả tiết kiệm pin tốt Bảng 2-1 Bảng so sánh chip A15 chip A14