Chiplet trong CPU: Xu hướng tất yếu của ngành công nghiệp vi xử lý

Trong suy nghĩ của nhiều người dùng mới tìm hiểu về máy tính, những từ như "chip đơn khối" (monolithic) hay "CPU đa nhân" nghe thật hàn lâm. Nhưng nếu ai đó dành nhiều thời gian nghiên cứu về công nghệ, bất cứ ai cũng có thể nhận ra thế giới chip bán dẫn đang dịch chuyển nhanh hơn bao giờ hết. Một trong những thay đổi lớn nhất trong thiết kế vi xử lý vài năm gần đây chính là: chiplet.

Có thể nhiều người chưa từng nghe đến thuật ngữ này nếu không quan tâm quá nhiều đến phần cứng. Nhưng chắc chắn, chỉ trong vài năm tới, "chiplet" sẽ là từ khóa then chốt định hình tương lai của ngành công nghệ vi xử lý. Vậy chiplet là gì? Vì sao nó quan trọng? Và nó sẽ ảnh hưởng đến chúng ta như thế nào? Hãy cùng tôi tìm hiểu.

1. Chiplet là gì? Tại sao chiplet lại là một bước ngoặt cho ngành công nghiệp vi xử lý

Chiplet là một kiến trúc thiết kế mới, trong đó CPU không còn được chế tạo như một khối silicon đơn lớn nữa (gọi là "monolithic") mà thay vào đó, được chia thành nhiều khối nhỏ, gọi là "chiplet". Những chiplet này đảm nhiệm các vai trò riêng biệt như xử lý, đồ họa, I/O (giao tiếp), trí tuệ nhân tạo (AI)... và sau đó được kết nối với nhau thông qua một nền tảng trung gian như interposer hoặc công nghệ đóng gói tiên tiến.

Để dễ hình dung, hãy tưởng tượng bạn xây một ngôi nhà không từ một khối bê tông lớn, mà từ nhiều module nhỏ: phòng khách, bếp, nhà vệ sinh... ghép lại với nhau. Mỗi phần có thể được tối ưu và nâng cấp riêng biệt. Chiplet cũng như vậy – nó mang đến khả năng tùy biến, linh hoạt, và đặc biệt là hiệu quả sản xuất vượt trội.

2. Lợi ích lâu dài của thiết kế chiplet

Khi ngành công nghiệp bán dẫn tiến đến giới hạn vật lý của công nghệ in vi mạch, việc chế tạo một CPU đơn khối lớn, phức tạp sẽ kéo theo chi phí sản xuất rất cao, tỷ lệ lỗi cũng lớn. Với chiplet, nhà sản xuất có thể:

• Tái sử dụng thiết kế: Một chiplet xử lý có thể kết hợp với nhiều chiplet đồ họa hoặc AI khác nhau mà không cần làm lại toàn bộ kiến trúc.

• Tối ưu hiệu năng – chi phí: Dễ dàng tạo ra các phiên bản CPU cao cấp hoặc bình dân bằng cách thay đổi số lượng chiplet.

• Tăng năng suất và giảm lỗi: Sản xuất chip nhỏ dễ kiểm soát chất lượng hơn chip lớn.

• Linh hoạt trong nâng cấp và phân khúc sản phẩm: Thay vì làm nhiều dòng CPU hoàn toàn khác nhau, chỉ cần "xếp chiplet" lại theo cách mới là có sản phẩm mới.

3. Vì sao chiplet trở thành xu hướng của tương lai

Không phải ngẫu nhiên mà AMD, Intel hay Apple đều đầu tư mạnh vào chiplet. Dưới áp lực từ việc thu nhỏ bóng bán dẫn trở nên ngày càng khó khăn (đặc biệt dưới 5nm), cộng với nhu cầu ngày càng cao về hiệu năng AI, đồ họa, tiết kiệm điện năng... thì chiplet gần như là giải pháp khả thi nhất.

Chiplet còn giúp giảm sự phụ thuộc vào một nhà sản xuất nhất định. Ví dụ: một hãng có thể sản xuất chiplet xử lý tại TSMC (Đài Loan) và chiplet I/O tại Intel Foundry, sau đó ghép lại. Điều này cực kỳ quan trọng trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu biến động hậu COVID-19.

4. Các xu hướng chiplet nổi bật hiện nay

AMD: Tiên phong trong thế giới chiplet

Từ năm 2017, AMD đã là người tiên phong với dòng Ryzen và EPYC. Họ phân tách chip xử lý (Core Complex Die - CCD) với chip điều khiển (IOD) trong CPU desktop, và sử dụng kiến trúc đa chiplet cho các máy chủ. Điều này giúp AMD mở rộng sản phẩm một cách linh hoạt – ví dụ như Ryzen 5 có 1 CCD, Ryzen 9 có 2 CCD nhưng vẫn dùng chung IOD.

Intel: Đột phá với Meteor Lake và Foveros

Intel cũng đã từ bỏ kiến trúc đơn khối truyền thống trên dòng Core Ultra (Meteor Lake), chuyển sang chiplet tích hợp CPU, GPU, I/O và NPU tách rời – kết nối bằng công nghệ Foveros 3D stacking. Đây là nền tảng giúp Intel vừa duy trì hiệu năng cao, vừa tích hợp AI trực tiếp vào chip xử lý cá nhân.

Apple: Chip M-series đa tile (module)

Dù Apple không gọi là chiplet, nhưng bản chất các dòng M1 Max, M2 Ultra là sự kết hợp nhiều chip nhỏ theo dạng "tile-based design" – kết nối qua giao thức riêng. Với Apple Silicon, đây là cách họ xây dựng siêu chip mà vẫn tiết kiệm năng lượng và đảm bảo độ ổn định cao.

5. Các kiểu chiplet phổ biến hiện nay

Chiplet không chỉ có một dạng duy nhất. Tùy vào mục tiêu thiết kế, người ta có thể chia chiplet theo chức năng:

• Compute chiplet (CCD): Chứa các lõi xử lý chính, thường là nơi tập trung hiệu năng tính toán.

• I/O chiplet (IOD): Đảm nhiệm các kết nối như bộ nhớ, USB, PCIe, v.v.

• GPU chiplet: Xử lý đồ họa, hiện đang phát triển trong các APU.

• AI/NPU chiplet: Xử lý các tác vụ trí tuệ nhân tạo, học máy, nhận diện hình ảnh, giọng nói...

• Một hướng khác là phân loại theo cách liên kết:

• 2D Chiplet: Các chiplet được đặt cạnh nhau trên cùng đế.

• 2.5D Chiplet: Dùng interposer trung gian để kết nối nhanh hơn.

• 3D Chiplet: Xếp chồng lên nhau như Lego, giúp truyền dữ liệu cực nhanh và tiết kiệm không gian.

Kết luận: Chiplet không chỉ là xu hướng

Hiện nay, chúng ta hoàn toàn có thể thấy con chip Ryzen 9 - thứ từng chỉ xuất hiện ở máy chủ, nay đã xuất hiện ở PC, laptop. Đó là thành quả từ kiến trúc chiplet. Việc phân tách chức năng, đóng gói linh hoạt đã tạo ra những CPU nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ chưa từng có.

Từ AMD đến Intel, từ Apple đến Qualcomm, ngành công nghiệp đang tiến vào kỷ nguyên mới – nơi chiplet sẽ trở thành chuẩn mực. Không chỉ dành cho các sản phẩm cao cấp, trong tương lai gần, chúng ta sẽ thấy chiplet có mặt ở mọi nơi: laptop, smartphone, thiết bị AI tại nhà và thậm chí cả ô tô.

Nếu bạn là người đam mê công nghệ, hoặc đơn giản đang chuẩn bị nâng cấp máy tính, thì việc hiểu về chiplet là một bước không thể thiếu để đón đầu xu hướng. Và nếu bạn cần những chiếc máy tính, laptop hoặc linh kiện sử dụng công nghệ chiplet mới nhất? Nam Á Store luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn – từ tư vấn, chọn cấu hình đến mua hàng chính hãng, bảo hành chuẩn chỉnh.