Sở hữu hơn 140.000 bằng sáng chế cùng hàng tỷ thiết bị dùng chip Snapdragon, Qualcomm không chỉ sản xuất chip mà còn tự xây dựng các công nghệ lõi như CPU Kryo/Oryon, GPU Adreno, NPU Hexagon, ISP Spectra và modem-RF hàng đầu. Bài viết dưới đây sẽ đi sâu tìm hiểu chi tiết về công nghệ Lõi của Chip Qualcomm.
1. Hành trình phát triển CPU lõi tùy chỉnh
Khác với nhiều hãng Android chỉ dùng các nhân CPU Cortex tiêu chuẩn của ARM, Qualcomm đã sớm chọn hướng tự thiết kế nhân CPU, từ tùy chỉnh một phần đến tùy chỉnh hoàn toàn.
- Scorpion(2007-2011): Đây là thế hệ CPU đầu tiên Qualcomm tự phát triển vi kiến trúc dựa trên tập lệnh ARMv7. Scorpion được dùng trên dòng Snapdragon S1/S2 và cho hiệu năng trên mỗi watt cao hơn khoảng 40% so với Cortex-A8 cùng thời.
- Krait (2011-2015): Qualcomm chuyển sớm sang kiến trúc ARMv8-A 64-bit hơn tất cả đối thủ, với các phiên bản tiêu biểu như Krait 400/450. Krait cho thấy mức độ tùy biến sâu giúp Qualcomm liên tục dẫn đầu hiệu năng đơn nhân trong khoảng 4 năm liền.
- Kryo (2015-2023): Từ Kryo 100 đến Kryo 685, Qualcomm tiếp tục mô hình big.LITTLE với các nhân Kryo Prime (hiệu năng cao), Kryo Gold và Kryo Silver (tiết kiệm điện). Nhờ tối ưu sâu đường ống xử lý, dự đoán nhánh và bộ nhớ đệm, các nhân Kryo thường nhanh hơn nhân Cortex cùng thế hệ từ 20-40% trong khi vẫn giữ mức điện năng tương đương.
- Oryon (2023-nay): Oryon là CPU do Qualcomm tự thiết kế từ đầu, không dựa trên mẫu Cortex có sẵn. Kết quả rất ấn tượng với hiệu năng đơn nhân có thể cạnh tranh trực tiếp với Apple M2 và hiệu năng đa nhân ngang M2 Pro dù mức tiêu thụ điện chỉ 23-30 W.
2. GPU Adreno
Năm 2009, Qualcomm mua lại mảng đồ họa di động Imageon của AMD và đổi tên thành Adreno. Đây là bước đi chiến lược mang tính bước ngoặt, tạo nền tảng cho toàn bộ hệ GPU của Snapdragon sau này.
Các cột mốc phát triển quan trọng:
- Từ Adreno 3xx → 4xx → 5xx → 6xx → 7xx: mỗi thế hệ đều tăng mạnh về tốc độ xử lý đồ họa và bổ sung nhiều tính năng mới.
- Adreno 740 (Snapdragon 8 Gen 2, 2023): GPU di động đầu tiên trên thế giới hỗ trợ ray tracing phần cứng.
- Adreno 750 (Snapdragon 8 Gen 3) và đặc biệt Adreno X1 trên Snapdragon X Elite: GPU 12 nhân đạt 4,6 TFLOPS, tương đương GPU tích hợp của Apple M2.
Những công nghệ nổi bật của Adreno:
- Ray tracing phần cứng và Variable Rate Shading giúp tăng chất lượng hình ảnh.
- Adreno Frame Motion Engine 2.0: tự tạo thêm khung hình để tăng gấp đôi FPS mà hầu như không tăng lượng điện tiêu thụ.
- Snapdragon Game Super Resolution: công nghệ nâng độ phân giải bằng AI, biến nội dung 1080p lên 4K với chi phí xử lý rất thấp (tương tự DLSS).
Nhờ các bước tiến này, Adreno hiện là GPU mạnh nhất trên hệ Android và thậm chí vượt qua GPU của Apple trong nhiều game nặng như Genshin Impact, Call of Duty Warzone Mobile hay Resident Evil 4 Remake.
3. Hexagon DSP/NPU
Hexagon là bộ xử lý tín hiệu số (DSP) kiêm bộ xử lý AI (NPU) do Qualcomm phát triển từ năm 2006. Sau gần hai thập kỷ, Hexagon đã trở thành một trong những đơn vị AI chạy trực tiếp trên thiết bị mạnh nhất hiện nay.
Các cột mốc phát triển chính:
- Từ Hexagon 680 (2016) với kiến trúc HVX → thế hệ 7 trên Snapdragon 8 Gen 3 → đến Hexagon NPU hoàn toàn mới trên Snapdragon X Elite với sức mạnh 45 TOPS.
- Trên Snapdragon 8 Gen 3, hiệu năng NPU tăng tới 98% so với 8 Gen 1 chỉ trong 2 năm.
- Với Snapdragon X Elite, tổng năng lực xử lý AI đạt 75 TOPS, gồm NPU 45 TOPS kết hợp CPU và GPU.
Ứng dụng thực tế nổi bật:
- Tạo ảnh từ mô hình Stable Diffusion 1.5 kích thước 512×512 trong chỉ 1 giây ngay trên thiết bị.
- Chạy các mô hình ngôn ngữ lớn như Llama 2 7B, Gemma 7B, Mistral 7B hoàn toàn on-device, không cần kết nối đám mây.
- Sensing Hub tiêu hao dưới 1 mW, đảm nhận các tác vụ luôn bật như lắng nghe từ khóa kích hoạt và hiểu ngữ cảnh mà gần như không ảnh hưởng pin.
- Hexagon chính là “trái tim” của khả năng AI on-device trên Snapdragon, giúp thiết bị xử lý nhanh, bảo mật hơn và tiết kiệm năng lượng.
4. Spectra ISP
Spectra ISP cho thấy Qualcomm không chỉ mạnh ở hiệu năng mà còn dẫn đầu về chất lượng hình ảnh và trải nghiệm camera thực tế.
Các thế hệ phát triển:
- Từ single ISP → dual ISP → triple ISP 18-bit (bắt đầu từ Snapdragon 888).
- Hỗ trợ cảm biến tối đa 200 MP, quay 8K HDR 10-bit 60 fps.
- Khả năng xử lý hình ảnh tính toán.
- Phân đoạn ngữ nghĩa 12 lớp để nhận diện bối cảnh chính xác hơn.
- Hiệu ứng video bokeh theo thời gian thực.
- Night Vision video giúp quay trong môi trường cực tối.
Ngoài ra, tính năng luôn mở camera chỉ tiêu thụ dưới 1 mW, đủ để thực hiện các tính năng mở khóa khuôn mặt liên tục mà vẫn cực kỳ tiết kiệm pin. Spectra ISP là một trong những lý do khiến camera trên thiết bị Snapdragon luôn có chất lượng vượt trội trong đời sống hàng ngày.
5. Modem-RF System
Không có những công nghệ của Qualcomm, quá trình phát triển 4G và 5G trên thế giới chắc chắn sẽ chậm lại nhiều năm.
Các dấu mốc quan trọng:
- Qualcomm là hãng đầu tiên đưa modem 5G tích hợp vào smartphone (từ X50 đến X80).
- Snapdragon X80 (2025): tốc độ tải xuống 10 Gbps, tải lên 3,5 Gbps, hỗ trợ 6CA, kèm hệ thống quản lý ăng-ten tối ưu bằng AI.
- Tương thích đầy đủ mmWave, Sub-6, Wi-Fi 7, Bluetooth 5.4 và Snapdragon Satellite, tính năng nhắn tin vệ tinh khẩn cấp tương tự iPhone.
Công nghệ kết nối nổi bật: FastConnect 7900 mang đến độ trễ âm thanh XPAN chỉ 20 ms, hỗ trợ mạnh cho tai nghe không dây và thiết bị AR/VR.
Nhờ những bước tiến này, Qualcomm giữ vai trò trung tâm trong việc định hình tốc độ, độ ổn định và khả năng kết nối của toàn bộ hệ sinh thái di động hiện đại.
6. Quy trình sản xuất và chiến lược của Qualcomm
Dù chỉ phụ trách thiết kế chip và thuê các nhà máy bên ngoài để sản xuất, nhưng năng lực thiết kế của Qualcomm vẫn thuộc nhóm mạnh nhất trong toàn ngành bán dẫn. Qualcomm liên tục tiến bộ về quy trình sản xuất, từ 28 nm (2012) lên 4 nm của TSMC (2023-2024) và dự kiến chuyển sang 3 nm của TSMC vào năm 2025. Qualcomm luôn tận dụng các thế hệ tiến trình tiên tiến nhất để tối ưu hiệu năng và mức tiêu thụ điện cho dòng Snapdragon.
Các đối thủ trực tiếp gồm:
- Apple Silicon: Dòng chip full-custom với khả năng tối ưu sâu và luôn sử dụng quy trình tiên tiến nhất.
- MediaTek Dimensity: Tập trung mạnh vào hiệu năng trên mỗi watt và giá thành.
- Samsung Exynos: Hợp tác GPU với AMD để tăng sức mạnh đồ họa.
Nhờ sự kết hợp giữa thiết kế vi kiến trúc tự chủ và các tiến trình hàng đầu của TSMC, Qualcomm duy trì vị thế là một trong những nhà thiết kế SoC tiên tiến nhất thế giới.
7. Một số câu hỏi thường gặp về công nghệ lõi của Chip Qualcomm
7.1 Công nghệ lõi của Qualcomm gồm những gì?
Các công nghệ lõi của Qualcomm bao gồm Oryon CPU, Adreno GPU, Hexagon NPU/DSP, Spectra ISP và Modem–RF System. Đây là những thành phần Qualcomm tự thiết kế, tạo nên sức mạnh tổng thể của Snapdragon.
7.2 Vì sao Qualcomm phải tự thiết kế CPU thay vì dùng Cortex của ARM?
CPU tùy chỉnh cho phép Qualcomm kiểm soát hoàn toàn hiệu năng, mức tiêu thụ điện, khả năng tối ưu AI và sự tương thích với toàn bộ hệ thống. Đây là lý do Oryon CPU có thể cạnh tranh trực tiếp với Apple Silicon.
7.3 Adreno GPU có gì nổi bật so với GPU của đối thủ?
Adreno được Qualcomm mua lại từ AMD (Imageon) và liên tục được phát triển thành GPU mạnh nhất hệ Android. Nó hỗ trợ ray tracing phần cứng, Frame Motion Engine, và AI upscaling tương tự DLSS.
Trong suốt hơn 20 năm, các công nghệ lõi do Qualcomm tự phát triển đã tạo nền tảng giúp hãng giữ vị thế dẫn đầu trong thế giới di động, đồng thời mở đường bước vào phân khúc laptop cao cấp. Qualcomm không chỉ là nhà sản xuất chip. Họ đang tái định nghĩa chuẩn mực về hiệu năng, tiết kiệm điện và trí tuệ nhân tạo trên mọi thiết bị thông minh.
