Tại hội nghị WWDC vừa qua, Apple đã công bố một sự thay đổi mang tính nền tảng đối với các dòng máy tính Mac của hãng. Theo đó, hãng sẽ rời bỏ vi xử lý Intel trên kiến trúc x86 quen thuộc để chuyển qua sử dụng các vi xử lý máy tính hoàn toàn mới gọi là Apple Silicon, do chính họ tự thiết kế dựa trên kiến trúc ARM.
Tuy sẽ phải mất thêm khoảng vài năm để thực hiện quá trình chuyển đổi này, nhưng thông báo của Apple đã khiến ngành công nghiệp máy tính truyền thống lẫn các công ty bán dẫn phải giật mình, giờ cũng là lúc mà họ phải bắt đầu tư duy để định hình lại tương lai mà mình đã từng vẽ ra.
Theo công bố của Apple, chip Apple Silicon mới mang lại nhiều lợi thế mà có lẽ chính Intel và các đối thủ cũng phải ghen tị. Trong đó có thể liệt kê gồm:
– Nhân tính toán hiệu năng cao
– Tích hợp engine mạng thần kinh ảo
– Tích hợp các bộ gia tốc xử lý máy học (Machine Learning)
– Tích hợp vi điều khiển I/O hiệu năng cao
– Thiết kế tiết kiệm điện với vi xử lý luôn “thức”, đặc trưng của một SoC trên kiến trúc ARM
– Lưu trữ hiệu năng cao
– Bộ đệm băng thông lớn
– Vi xử lý đồ họa và âm thanh hiệu năng cao, hỗ trợ biên tập video chuyên nghiệp
– Hỗ trợ HDR
– Công nghệ đóng gói bán dẫn tiên tiến, tích hợp nhân bảo mật Secure Enclave.
Để tăng tính thuyết phục với người dùng và nhất là các nhà phát triển, Apple đã demo toàn bộ những tính năng, ứng dụng mới của macOS Big Sur với một nguyên mẫu máy tính Mac mới dùng chip Apple Silicon xuyên suốt phần giới thiệu về macOS tại WWDC 2020 vừa qua. Tất thảy đều là ứng dụng gốc (native) và đều chạy rất mượt mà, chúng ta gần như không thể nhận ra rằng các ứng dụng đó đang chạy trên một nền tảng vi xử lý mới hoàn toàn. Apple cho biết, việc biên dịch lại (recompile) các ứng dụng cũ sang chạy native trên máy tính dùng vi xử lý Apple Silicon sẽ không mất nhiều thời gian. Rõ ràng, đó là một lợi thế không nhỏ cho Apple trong quá trình chuyển dịch lớn sắp tới trên nền tảng máy tính Mac.
Tại sao Apple chọn kiến trúc ARM cho Apple Silicon?
Lâu nay, các vi xử lý của Intel và AMD vẫn làm mưa làm gió trên thị trường máy tính dựa trên kiến trúc x86 của Intel và sau này có thêm x64. Nhưng với sự tiến bộ mạnh mẽ của công nghệ di động gần đây, kiến trúc x86 đã trở nên quá già cỗi và cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng dù tiến trình đã rút xuống 10nm. Điều này kết hợp với công nghệ pin đang gần như “dẫm chân tại chỗ” trong suốt thời gian qua đã cản trở đà tiến hóa của máy tính, buộc các ông lớn như Microsoft và Apple bắt đầu tìm các hướng đi mới để cởi bỏ “nút cổ chai” này nhằm tăng tốc phát triển của ngành công nghiệp máy tính cá nhân (PC), nhất là các máy tính xách tay vốn ngày càng đòi hỏi tính di động cao và sức mạnh điện thoán vượt trội.
Trước Apple, Microsoft cũng từng hợp tác với Qualcomm để thử nghiệm chạy Windows trên kiến trúc ARM với chip Snapdragon tùy chỉnh riêng, dù chưa hoàn toàn thuyết phục được người dùng nhưng nó đã mở ra viễn cảnh chúng ta sẽ có cơ hội sử dụng các máy tính xách tay hoặc laptop lai máy tính bảng (2-in-1) có thời lượng pin vượt trội, mỏng nhẹ hơn và không cần dùng tới cơ chế quạt tản nhiệt cồng kềnh. Tuy nhiên, Microsoft vẫn loay hoay ở hiệu năng của chip Snapdragon tùy chỉnh một phần do Qualcomm không thực sự toàn tâm toàn ý vào hướng này. Một lý do nữa là Microsoft chưa tìm ra giải pháp để chuyển đổi liền mạch các ứng dụng sẵn có của các bên thứ ba (trên x86) tương thích với kiến trúc ARM mới mẻ và máy tính Windows quá phân mảnh.
Trong cuộc đua này, Apple có lợi thế hơn nhiều do họ kiểm soát cả phần cứng lẫn phần mềm của máy Mac, hơn nữa việc tự làm chip theo hướng in-house (độc quyền) cũng phù hợp với hướng đi chung của Apple. Theo công bố của Apple, các bộ xử lý mới này sẽ dựa trên kiến trúc ARM mà Apple đang dùng cho chip điện thoại thông minh iPhone và máy tính bảng iPad với các tùy biến mạnh mẽ hơn để giúp nó “trưởng thành” trên nền tảng máy tính. Trước khi hiện thực hóa tham vọng này, họ cũng từng thử nghiệm sức mạnh của kiến trúc ARM trên một thiết bị về cơ bản là một chiếc “mac mini” là iPad Pro với chip tùy biến A12Z rất mạnh.
Việc tự phát triển chip cũng cho phép Apple gia tăng khả năng kiểm soát thiết bị và hệ sinh thái của họ, qua đó từng bước tạo ra lợi thế về hiệu năng và loại bỏ các nguy cơ tiềm tàng khác về nguồn cung. Đó cũng là công thức thành công mà Apple đang có với iPhone và iPad, giờ đây họ muốn tiếp tục áp dụng công thức này với máy tính Mac.
Cuộc đua của thiết kế chip rút gọn RISC và thiết kế chip truyền thống
Rõ ràng Apple là một khách hàng lớn của Intel, nhưng ở góc độ điện toán thì việc “chia tay” này là cần thiết cho họ. Trong những năm gần đây ARM đã phát huy thế mạnh của mình cho điện thoại di động và các thiết bị nhỏ gọn nói chung, nhưng trong suốt 15 năm qua nó vẫn chưa vượt qua được giới hạn của mình để tham gia vào các lĩnh vực đòi hỏi năng lực điện toán hiệu năng cao. Đây là lúc cần Apple xem xét để “tái thiết kế” kiến trúc RISC mà ARM đang sử dụng, thay vì tiếp tục ngủ quyên trên chiến thắng ở mảng di động và chấp nhận hiệu năng sụt sùi của Intel.
Theo Engadget, RISC là viết tắt của cụm từ “Reduced Instruction Set Computing”, một kiến trúc rút gọn của năng lực tính toán máy tính tiêu chuẩn, được phát triển từ những năm 80 thế kỷ trước để khắc phục các vấn đề trong các bộ xử lý máy tính cồng kềnh và phức tạp ban đầu. Khi các chip trở nên phức tạp hơn, chúng cũng trở nên khó lập trình hơn, dễ bị lỗi hơn và kém hiệu quả hơn, RISC đã cố gắng hợp lý hóa thiết kế chip bằng cách đơn giản hóa các tập lệnh và các các hoạt động cơ bản nhất mà chip có thể thực hiện. Một lệnh RISC, có thể là một hoạt động như tải các giá trị từ bộ nhớ cộng hoặc nhân, được thiết kế để thực hiện trong một xung nhịp tính toán duy nhất.
Lúc đầu, các chip RISC có thể thực hiện công việc tương tự như một chip truyền thống (chip truyền thống sau đó được gọi là Complex Instruction Set Computing hay viết tắt là CISC) trong thời gian ngắn hơn, dễ thiết kế hơn và sản xuất rẻ hơn. Trong suốt thập niên 90, cả hai kiến trúc đều được sử dụng rộng rãi, nhưng các chip CISC của Intel và AMD dần chiếm lĩnh thị trường, trong khi các chip RISC như ARM đang sử dụng đã chuyển sang các thiết bị di động gọn nhẹ và phụ thuộc vào pin.
Nhưng khi hiệu suất của điện thoại thông minh bùng nổ, nó đã gây ra một cuộc tranh luận về việc liệu RISC có thực sự là một thiết kế ưu việt hay không, và quyết định của Apple dường như có thể xác nhận điều đó. Câu chuyện thực tế còn phức tạp hơn thế, các chip máy tính mới của Apple thực sự có thể chứng minh khả năng của họ qua màn trình diễn xuất sắc, nhưng điều đó có thể không liên quan nhiều đến việc dựa trên ARM như nhiều người vẫn nghĩ, sâu xa hơn nó còn liên quan đến thiết kế RISC mà ARM đang sử dụng. Đó thực sự là một sự trỗi dậy của RISC sau nhiều năm nằm dưới bóng của kiến trúc CISC trên các chip truyền thống.
Nếu Apple Silion thành công trên các máy tính Mac mới, tương lai điện toán di động có thể sẽ được vẽ lại. Nhưng đó cũng là lúc tương lai của Intel và AMD có thể sẽ nhọc nhằn hơn rất nhiều.
