Chip máy tính là gì?
Chip máy tính là một bản nhỏ bằng vật liệu bán dẫn với một mạch điện tử nhúng. Chip máy tính chứa hàng triệu đơn vị điện tử siêu nhỏ được gọi là bóng bán dẫn truyền tín hiệu dữ liệu. Ban đầu, chip có kích thước vật lý lớn và hoạt động điện toán chỉ được thực hiện trong các phòng thí nghiệm quốc gia, trường đại học hoặc công ty lớn. Cải tiến thêm trong công nghệ chip máy tính đã dẫn đến việc phát triển các bộ xử lý hiệu suất cao, tạo điều kiện cho tất cả các loại phân tích, đồ họa và ứng dụng máy học nâng cao. Khi kích thước của chip máy tính nhỏ gọn hơn thì có thể tạo ra nhiều máy tính nhỏ hơn có thể sử dụng tại nhà. Ngày nay, chip máy tính có mặt ở khắp nơi trong cuộc sống của chúng ta: trong mọi thứ, từ lò vi sóng cho đến bàn chải đánh răng.
Chip máy tính được sản xuất như thế nào?
Chip máy tính thường được sản xuất ở những nhà máy được gọi là nhà máy sản xuất hay fab. Chip được làm từ silicon, một nguyên tố hóa học phổ biến có trong cát. Silicon là một chất bán dẫn, tức là có khả năng dẫn điện ở mức thấp hơn các kim loại như đồng và cao hơn chất cách điện như thủy tinh.
Dưới đây là phần tóm tắt về quy trình sản xuất chip.
Tách và định hình silicon
Đun nóng chảy và tinh luyện cát để tách ra từng thỏi silicon tinh thể. Các thỏi này gần như tinh khiết 100%. Cắt thỏi thành các bản mỏng được làm sạch, đánh bóng và phủ một lớp silicon điôxít. Phủ thêm một lớp bổ sung bằng hóa chất được gọi là chất cản quang bên ngoài các bản silicon để tăng độ nhạy sáng. Thực hiện các biện pháp đề phòng nghiêm ngặt để đảm bảo không lẫn tạp chất bụi bẩn hoặc ngoại vật khác trong suốt quá trình này. Sau khi chip silicon cơ bản đã sẵn sàng thì sẽ khắc axit các mạch điện tử lên đó.
Khắc axit mạch điện
Bản silicon được bao bọc bởi một tấm có đường mạch điện được gọi là mask và cho tiếp xúc với tia cực tím. Tia này làm cứng vật liệu cản quang bị hở trong đường mạch điện. Sau đó, khí nóng đun nóng chảy vật liệu bị hở để làm lộ ra lớp silicon điôxít bên dưới. Cảnh 3D được để lại, sao chép lại đường thiết kế mạch điện của mask.
Trong quy trình sản xuất chip, khắc axit là quá trình gỡ bỏ các lớp ra khỏi bản silicon bằng hóa chất và hóa khắc là quá trình đưa các tạp chất vào để điều chỉnh bản. Quá trình khắc axit và hóa khắc có thể lặp lại hàng trăm lần trên cùng một chip máy tính để tạo ra hệ mạch điện tích hợp phức tạp hơn.
Cách thức hoạt động của chip máy tính?
Cách thức hoạt động của chip máy tính là truyền tín hiệu điện thông qua các phần tử mạch.
Mạch tích hợp tương tự
Mạch tương tự truyền các tín hiệu liên tục, luôn biến đổi trong một khoảng thời gian nhất định. Tín hiệu đầu ra là một hàm tuyến tính của tín hiệu đầu vào với điện áp tương xứng trực tiếp. Loại mạch tích hợp này được dùng cho chức năng của thiết bị như bộ tính giờ, bộ so sánh, bộ điều chỉnh điện áp và bộ khuếch đại thuật toán. Chip tương tự được dùng trong máy tạo sóng quét, bộ tạo dao động, bộ khuếch đại âm thanh và bộ lọc.
Mạch tích hợp số
Mạch số truyền tín hiệu không liên tục hay tín hiệu nhị phân. Điện áp đầu ra có thể cao hoặc thấp. Điện áp cao biểu thị giá trị Boolean 1 và điện áp thấp biểu thị giá trị 0.
Mạch số được thiết kế để thực hiện các phép toán logic khác nhau như AND (VÀ), OR (HOẶC) và NAND. Ví dụ: phép toán logic OR (HOẶC) tương ứng với phép cộng Boolean và là cơ sở của phép toán cộng trên máy tính. Vì vậy, mạch tích hợp số tạo thành cơ sở cho tất cả các phép tính điện toán. Đây là thành phần thiết yếu cho tất cả các thiết bị có thể lập trình, bảng logic, bộ vi điều khiển và bộ nhớ.
Mạch tích hợp tín hiệu hỗn hợp
Chip hỗn hợp kết hợp các phần tử từ cả chip tương tự và chip kỹ thuật số. Nhờ thiết kế kết hợp nên có thể có được những loại chip hoạt động như bộ chuyển đổi từ kỹ thuật số sang tương tự và từ tương tự sang kỹ thuật số. Những mạch tích hợp tiên tiến này là một thành phần cốt lõi khác của điện toán hiện đại.
Mạch lượng tử
Mạch lượng tử là giai đoạn phát triển điện toán tiếp theo. Mạch lượng tử là một quy trình điện toán thường xuyên, xác định một loạt các phép toán lượng tử logic trên các qubit cơ bản hoặc bit lượng tử. Qubit được biểu thị bởi các hạt lượng tử khác với tín hiệu số boolean. Tín hiệu boolean là 1 hoặc 0 nhưng qubit có thể được đặt trong một chồng chập trạng thái. Chip có mạch lượng tử tạo thành cơ sở của điện toán lượng tử, đây là một công nghệ mới nổi.
Có những loại chip máy tính nào?
Chip máy tính được phân loại thành bốn danh mục lớn theo chức năng.
Chip bộ nhớ
Chip bộ nhớ lưu trữ các chương trình và dữ liệu trên máy tính và thiết bị lưu trữ. Chip RAM cung cấp bộ nhớ tạm thời, trong khi đó ổ đĩa flash và ổ đĩa thể rắn (SSD) có thể lưu trữ thông tin vĩnh viễn. Các đơn vị bộ nhớ flash có thể lưu trữ dữ liệu ngay cả khi tắt dòng điện.
Chip logic
Chip logic hay bộ xử lý sẽ xử lý dữ liệu để hoàn thành tác vụ. Đây là bộ não của các thiết bị điện tử hiện đại. Loại chủ yếu của chip logic là CPU, có trong các bộ vi xử lý của máy chủ và phần cứng điện toán khác. Tuy nhiên, chip logic cũng có thể được thiết kế cho những chức năng cụ thể. Dưới đây là một số ví dụ:
- Đơn vị xử lý đồ họa được thiết kế để tối ưu hóa hiển thị hình ảnh
- Thiết bị xử lý nơ-ron được thiết kế cho các ứng dụng học sâu và máy học
Tìm hiểu về công nghệ máy học »
ASIC
Chip tích hợp cho ứng dụng cụ thể (ASIC) được thiết kế để thực hiện các quy trình xử lý lặp lại cho một ứng dụng cụ thể. Các chip hiện đại này được sản xuất theo lô lớn cho các thiết bị phục vụ một mục đích duy nhất, ví dụ như máy quét mã vạch. Một ví dụ khác là đào bitcoin, trong đó ASIC thực hiện các quy trình toán học phức tạp cần thiết để tạo ra bitcoin mới.
SoC
Hệ thống trên chip (SoC) là một loại chip mới hơn. Tất cả các thành phần điện tử cần thiết cho toàn bộ hệ thống được tích hợp trong một chip. SoC có tính năng đa dạng hơn cả bộ vi điều khiển. Bộ vi điều khiển thường kết hợp CPU với bộ nhớ và xử lý đầu vào/đầu ra (I/O). Tuy nhiên, SoC có thể tích hợp đồ họa, âm thanh, camera và xử lý video.
AWS đóng góp như thế nào vào sự đổi mới của chip máy tính?
Amazon Web Services (AWS) đã đầu tư hàng năm trời để thiết kế chip máy tính tùy chỉnh được tối ưu hóa cho đám mây. Nhờ đó, Đám mây điện toán linh hoạt của Amazon (Amazon EC2) cung cấp các phiên bản được hỗ trợ bởi bộ xử lý do AWS thiết kế mà được tối ưu hóa cho nhiều khối lượng công việc chuyên sâu về điện toán, bộ nhớ và lưu trữ. Amazon EC2 cũng cung cấp các chip máy học (ML) chuyên dụng cho đào tạo ML và suy luận.
Dưới đây là một số điểm đổi mới khác của AWS:
- Hệ thống AWS Nitro là nền tảng cơ sở cho thế hệ các phiên bản Amazon EC2 tiếp theo của chúng tôi. Hệ thống này giúp chúng tôi đổi mới nhanh hơn, giảm thêm chi phí cho khách hàng, đồng thời đem lại các lợi ích bổ sung như tăng cường bảo mật và các loại phiên bản mới.
- Các bộ xử lý AWS Graviton mang lại tỷ lệ giá/hiệu suất tốt nhất cho các ứng dụng của bạn. Các phiên bản dựa trên AWS Graviton mang lại tỷ lệ giá/hiệu suất tốt hơn đến 40% so với các phiên bản dựa trên x86 tương tự.
- Bộ tăng tốc AWS Inferentia được thiết kế để đem lại hiệu suất cao ở chi phí thấp cho các ứng dụng suy luận học sâu của bạn.
- Các chip ML AWS Trainium được thiết kế để đảm bảo tỷ lệ giá/hiệu suất tốt nhất cho đào tạo mô hình học sâu trên đám mây.
Bắt đầu từ các phiên bản AWS được hỗ trợ bởi chip máy tính tùy chỉnh bằng cách tạo một tài khoản miễn phí ngay hôm nay.
