Tìm hiểu phần cứng smartphone: RAM và lưu trữ (part 3)

Sau hai phần về bộ vi xử lý và vi xử lý đồ họa, hôm nay chúng tôi giới thiệu tiếp phần thứ ba tìm hiểu về RAM và bộ nhớ lưu trữ. Các phần tiếp theo sẽ đề cập lần lượt về màn hình, kết nối, các cảm biến, pin và cuối cùng là camera.

Tìm hiểu về bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM)

RAM, từ viết tắt của Random Access Memory (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên), là một trong những linh kiện quan trọng của smartphone bên cạnh vi xử lý và bộ xử lý đồ họa. Nếu không có RAM thì smartphone của chúng ta thậm chí không thể thực hiện những tác vụ cơ bản bởi việc truy cập các tệp dữ liệu sẽ cực kì chậm.

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên là thiết bị trung gian giữa các tập tin hệ thống, được lưu trữ trên ROM và vi xử lý, với nhiệm vụ là cung cấp thông tin cần thiết càng nhanh càng tốt. Những thông tin mà vi xử lý cần sẽ được lưu trữ trên RAM để chờ được truy nhập. Đây có thể là những tập tin của hệ điều hành, dữ liệu của ứng dụng, đồ họa của game hoặc bất kì thứ gì cần được truy xuất nhanh.

Loại RAM sử dụng trong smartphone là DRAM, với chữ D là viết tắt của Dynamic (động). Trong cấu trúc của DRAM, mỗi tụ điện trên mạch RAM lưu trữ 1 bit. Tụ bị rò điện nên bộ nhớ cần được liên tục "làm tươi", dẫn đến tính chất "động" của RAM. Điều này cũng có nghĩa là nội dung được lưu trong mô đun DRAM có thể được thay đổi rất nhanh để lưu nội dung mới.

Ưu điểm của RAM động so với RAM tĩnh (static), đó là bộ nhớ có thể thay đổi tùy thuộc vào tác vụ hệ thống đang thực hiện. Giả sử hệ điều hành có dung lượng tới 2GB, bộ nhớ RAM không cần phải có dung lượng tương đương, đặc biệt khi hầu hết các smartphone không có bộ nhớ RAM lớn như vậy.

RAM khác biệt so với ROM ở chỗ khi RAM không còn được cấp điện thì nội dung lưu trong nó cũng mất đi. Do vậy nó được gọi là bộ lưu trữ khả biến và đây cũng là tính chất giúp RAM có thời gian truy cập rất thấp. Điều này có thể được thấy khi khởi động lại máy: khi nguồn ngắt, dữ liệu lưu trong RAM bị xóa hết. Khi máy khởi động lại, RAM lấy dữ liệu từ ROM có tốc độ chậm hơn và tốc độ tải khi khởi động lại máy phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ đọc của ROM.

Nếu bạn thắc mắc về vị trí của RAM, thì trong đa số trường hợp nó được đặt ngay trên SoC, được gọi là cấu hình khối-trên-khối. Điều này cho phép SoC truy cập trực tiếp vào RAM và khoảng cách gần giữa hai khối này giúp làm giảm lượng nhiệt tỏa ra và năng lượng tiêu thụ. Nếu như không có đủ không gian để đặt RAM ngay trên SoC, nó thường được đặt ở những chip xung quanh.

Dung lượng và tốc độ là yếu tố quan trọng nhất

Điều đầu tiên cần quan tâm khi nói đến RAM của smartphone là dung lượng. Dễ thấy dung lượng RAM lớn thì sẽ tốt hơn vì dung lượng lớn đồng nghĩa RAM có thể lưu trữ nhiều thông tin hơn. Nói chung, bạn không nên lo ngại dùng RAM lớn sẽ tiêu thụ điện nhiều hơn bởi vì RAM chỉ chiếm một phần nhỏ trong tiêu thụ điện của smartphone nếu như so với vi xử lý và màn hình.

Nếu như hệ điều hành đủ tốt thì dung lượng RAM cũng không cần thiết phải quá lớn. Các ứng dụng trên smartphone thường không chiếm nhiều RAM (khoảng 50MB), do vậy smartphone có thể chạy nhiều ứng dụng một lúc. Hệ điều hành cũng có thể quyết định tắt một số ứng dụng không dùng tới để tiết kiệm RAM cho các ứng dụng khác. Quản lý RAM tốt là lý do giúp Windows Phone có thể hoạt động mượt mà, dù là trên các thiết bị chỉ có 512MB RAM.

Tuy nhiên điều đó không có nghĩa dung lượng RAM lớn là không có tác dụng gì. Các trò chơi, đặc biệt là những trò chơi có đồ họa 3D, có thể dùng tới rất nhiều RAM để lưu trữ đồ họa, hình khối 3D và âm thanh. Dù dung lượng RAM 512 MB có thể đã là đủ để chạy những ứng dụng cơ bản cùng hệ điều hành một cách mượt mà, con số này có lẽ là không đủ để đảm nhiệm các trò chơi đòi hỏi cấu hình cao.

Khi quan sát trò chơi trên chiếc điện thoại Android (với dung lượng RAM là 1GB), không mấy khi chúng tôi thấy trò chơi sử dụng quá 300 MB RAM. Tuy nhiên nếu cộng cả những tác vụ quan trọng luôn chạy ngầm của hệ điều hành, như tin nhắn, điện thoại hay ứng dụng trên màn hình chính, bạn có thể thấy hơn 1 nửa của tổng dung lượng 1GB RAM đã được dùng. Như vậy nếu một hệ thống chỉ có 512 MB RAM thì việc chạy trò chơi sẽ khá khó khăn.

Tốc độ RAM là một yếu tố thường không được quan tâm tới khi xác định hiệu năng của smartphone, nhưng đây là một trong hai yếu tố quan trọng của bộ nhớ. Tất nhiên, dung lượng RAM lớn là tốt, nhưng quan trọng là dữ liệu trong RAM cần phải được truy cập rất nhanh, do đó cần xét tới yếu tố tốc độ RAM.

Trên máy tính có 3 yếu tố quan trọng cần xét tới khi nói về bộ nhớ: tốc độ xung nhịp, loại RAM và số kênh RAM. Việc giải thích sự ảnh hưởng của 3 yếu tố này tới hiệu năng là khá phức tạp, nhưng về cơ bản bạn sẽ muốn có tốc độ xung nhịp cao hơn và nhiều kênh nhớ hơn.

Tốc độ xung nhịp ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ đọc/ghi dữ liệu của RAM và tốc độ xung nhịp cao hơn sẽ cho phép đưa nhiều dữ liệu vào RAM hơn trong cùng một đơn vị thời gian. Để tiết kiệm năng lượng, RAM trên điện thoại thường không có tốc độ quá cao (300-500MHz), tuy nhiên tốc độ này cũng đã quá đủ để đáp ứng các ứng dụng.

Loại RAM có một số ảnh hưởng tới hiệu năng, như hiệu suất ghi thông tin trong mỗi nhịp xử lý hay công suất tiêu thụ trên MHz. Trên điện thoại, loại RAM được sử dụng cũng là DDR SDRAM (RAM động đồng bộ có tốc độ truyền tải dữ liệu gấp đôi) giống như trên máy tính.

Trong khi đa số máy tính hiện nay sử dụng DDR SDRAM thế hệ 3 (DDR3), các smartphone chủ yếu dùng LPDDR2, trong đó LP là viết tắt của Low-power (tiêu thụ điện năng thấp). LPDDR2 có cấu tạo tương tự DDR2, chỉ khác là công suất tiêu thụ của nó thấp hơn, do đó hiệu năng cũng thấp hơn. Các SoC sử dụng DDR3 sẽ được giới thiệu trong thời gian tới.

Số kênh nhớ không ảnh hưởng nhiều tới hiệu năng thực tế, nhưng cơ bản thì nhiều kênh nhớ hơn sẽ giảm khả năng bộ điều khiển bộ nhớ gặp phải hiện tượng nghẽn cổ chai. RAM kênh đôi cũng tương đương với vi xử lý lõi kép, trong đó hai mô đun RAM có thể giao tiếp song song và đồng thời với bus của CPU.

Hầu hết các smartphone đều sử dụng bộ nhớ kênh đơn, nhưng một số loại SoC như Snapdragon S2 sử dụng bộ nhớ kênh đôi. Dù sao thì tốc độ xung nhịp vẫn quan trọng và có ảnh hưởng tới hiệu năng hơn rất nhiều so với số kênh nhớ.

Điều cuối cùng cần phải nhắc tới khi nói về RAM trên smartphone, đó là không có một bộ nhớ RAM dành riêng cho việc xử lý đồ họa, do đó RAM của máy được dùng chung cho cả vi xử lý và bộ xử lý đồ họa. Tuy nhiên với thiết kế SoC, CPU và GPU được đặt chung trong một nhân, nên đây không phải là vấn đề.

Bộ nhớ trong và ROM

Giống như RAM, bộ nhớ trong cũng rất quan trọng đối với hoạt động của smartphone: nếu không có bộ nhớ để lưu trữ hệ điều hành và các tệp tin quan trọng thì điện thoại chẳng làm được gì cả. Thậm chí cả những điện thoại không có bộ lưu trữ dành cho người dùng thì chúng vẫn có bộ nhớ trong để lưu hệ điều hành.

Tùy thuộc vào hệ điều hành và thiết bị, có một số loại chip nhớ bên trong thiết bị. Những chip này cũng có thể được phân thành nhiều khu vực cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ như lưu trữ ứng dụng, bộ nhớ đệm và file hệ thống. Thông thường chip lưu trữ các file hệ thống được gọi là ROM, tức là Read-only Memory (bộ nhớ chỉ đọc). Người dùng không thể ghi lên ROM, nhưng hệ thống có thể ghi đè lên ROM khi cập nhật.

Một số thiết bị như Samsung Galaxy S được trang bị nhiều chip nhớ. Một chip nhớ có dung lượng nhỏ, khoảng 512MB, có tốc độ cao và được dùng để lưu trữ file hệ thống, bộ nhớ đệm, dữ liệu của ứng dụng. Chip nhớ còn lại có dung lượng lớn hơn nhưng chậm hơn, vào khoảng 1-2GB để lưu ứng dụng.

Đối với điện thoại, việc trang bị bộ nhớ tốc độ cao với dung lượng tới 2GB sẽ khiến giá tăng cao, do đó trang bị bộ nhớ tốc độ cao để chứa đủ hệ điều hành và sử dụng bộ nhớ tốc độ thấp có giá rẻ hơn để lưu các ứng dụng khác sẽ hiệu quả hơn về giá thành.

Một số điện thoại khác như iPhone 4S và Motorola Droid Razr lại chỉ sử dụng một chip nhớ, với tốc độ trung bình, để lưu cả dữ liệu người dùng, dữ liệu hệ thống và ứng dụng. Trong thông số của điện thoại, bộ nhớ trong có thể có dung lượng tới 16GB nhưng với 1-2GB dành cho hệ thống, khoảng 4GB để lưu ứng dụng thì người dùng chỉ có thể sử dụng khoảng trên 8GB bộ nhớ.

Tốc độ của chip nhớ trong máy thường cao hơn so với thẻ nhớ microSD gắn ngoài, do nó được hàn trực tiếp vào bảng mạch và được thiết kế phù hợp với SoC. Tốc độ đọc/ghi của bộ nhớ trong khá cao, có thể vào khoảng 6MB/s cho tốc độ ghi.

Đôi khi các công ty không trung thực, không sử dụng loại bộ nhớ hàn trực tiếp vào máy mà gắn thẻ microSD vào một khe cắm mà người dùng không nhìn thấy. Những thiết bị dùng Windows Phone đời đầu như HTC Trophy và HTC HD7 sử dụng chiêu này.

Thẻ nhớ ngoài

Hiện nay tất cả các smartphone có khe cắm thẻ nhớ ngoài đều sử dụng thẻ microSD và một số máy tính bảng có cả khe cắm cho thẻ SD.

Trong số 3 hệ điều hành phổ biến là iOS, Android và Windows Phone 7, Android là hệ điều hành duy nhất thực sự hỗ trợ bộ nhớ ngoài. Các thiết bị dùng iOS như iPhone thường có bộ nhớ trong rất lớn và không có khe cắm thẻ nhớ.

Trong các thiết bị dùng Windows Phone, chỉ có một thiết bị có khe cắm thẻ microSD: chiếc điện thoại Samsung Focus. Tuy nhiên, thẻ nhớ khi đã đưa vào thiết bị sẽ bị mã hóa và không thể đọc ở trên thiết bị khác hoặc máy tính, và chỉ có thể đọc qua điện thoại với phần mềm quản lý riêng. Được biết các phiên bản Windows Phone sắp tới sẽ hỗ trợ thẻ nhớ đầy đủ hơn.

Đối với các thiết bị dùng Android, bộ nhớ ngoài có thể là bộ nhớ duy nhất mà người dùng truy cập được hoặc với một số thiết bị thì người dùng có thể lưu dữ liệu ở cả bộ nhớ trong. Với trường hợp thứ hai, sẽ có một phân vùng riêng dành cho thẻ nhớ cắm ngoài, được ký hiệu là /sd-ext hoặc /mmc. Thường khi các dữ liệu được chọn tải về "SD card", thực chất nó sẽ được lưu vào bộ nhớ trong.

Thẻ microSD (thẻ SD) có 3 chuẩn dung lượng khác nhau. Chuẩn SD thông thường chỉ có dung lượng tối đa là 2GB, chuẩn SDHC cho phép dung lượng lên tới 32GB. Chuẩn SDXC mới nhất cho phép dung lượng tối đa lên tới 2TB, tuy nhiên hầu hết các điện thoại không hỗ trợ thẻ SDXC, do đó dung lượng tối đa trên các điện thoại thường là 32GB.

Bên cạnh dung lượng, một yếu tố quan trọng để chọn mua thể microSD là tốc độ, thường được kí hiệu với từ "Class" trên bao bì. Thông số này rất trực quan và thể hiện tốc độ ghi tối thiểu của thẻ. Ví dụ thẻ Class 4 có tốc độ ghi tối thiểu là 4MB/s, trong khi thẻ Class 10 có tốc độ ghi tối thiểu 10MB/s.

Thông thường thẻ có thông số Class cao hơn sẽ cho tốc độ tốt hơn nhưng cũng đắt hơn. Đối với thẻ microSD, loại cao cấp nhất ta có thể tìm được có dung lượng 32GB Class 10 và nếu chạy đúng thông số thì nó có thể cho tốc độ nhanh hơn cả bộ nhớ trong.

Nếu thiết bị đã có sẵn bộ nhớ trong 64GB và có cả khe cắm thẻ nhớ, ví dụ như chiếc Galaxy Tab 7.7, dung lượng bộ nhớ tối đa có thể đạt được lên tới 96GB.

Trong lần tới, mình sẽ tiếp tục đăng phần 4 của loạt bài này giới thiệu về các loại màn hình trên smartphone.