Apple bỏ Intel chuyển sang ARM có ý nghĩa gì cho ngành công nghiệp?

Sau 15 năm sử dụng bộ xử lý Intel, Apple vừa thông báo sẽ chuyển sang nền tảng ARM cho các máy Mac tương lai. Vậy điều đó có ý nghĩa gì?

Các máy Mac của Apple đều dùng bộ xử lý Intel với kiến trúc x86, tương tự các máy tính Windows khác. Trong khi đó trên thiết bị di động, Apple từ lâu đã dùng nền tảng của ARM hoàn toàn khác biệt. Và thế hệ chip A trên iPhone, iPad được cải tiến không ngừng qua từng năm, nhưng trên Mac, chip Intel cứ liên tục thiếu hụt đổi mới.

Và cuối cùng, công ty Mỹ đã đưa ra giải pháp triệt để cho vấn đề này. Chuyển đổi máy tính sử dụng nền tảng Intel sang ARM, với các chip ARM tự tùy biến dựa trên kinh nghiệm thiết kế chip cho thiết bị di động. Rất nhiều người cảm thấy hoang mang với thông báo này, ngờ vực sự thành công của máy Mac chạy chip ARM.

Chip A sẽ đặt chân lên máy Mac trong tương lai (ảnh: MacRumour)

Vậy bây giờ chúng ta sẽ làm rõ mọi chuyện về cuộc chuyển đổi của Apple.

Không phải lần đầu

Đây thực ra đã là lần chuyển đổi kiến trúc tập lệnh (ISA) thứ ba của họ, không phải mới mẻ gì. Trước đây, Apple từng dịch chuyển từ 68k sang PowerPC khoảng giữa năm 1990. Sau đó đến năm 2006, họ một lần nữa đi từ PowerPC sang Intel x86. Bây giờ, công ty tiếp tục đi từ Intel x86 sang ARM. Bạn thấy đấy, Apple rất chịu khó đưa ra những thay đổi mang tính nền tảng cho sản phẩm của mình.

Kiến trúc tập lệnh có thể hiểu một cách cơ bản nhất, là "ngôn ngữ" của bộ xử lý. Các tác vụ mà chúng ta thấy từ đơn giản như thêm hai chữ số nữa, tải một tệp tin nào đó từ ổ cứng, cho đến quyết định lệnh nào cần thực hiện tiếp theo, giao tiếp với các phần cứng ngoại vi khác,... tất cả đều sử dụng kiến trúc tập lệnh.

Trên máy tính hiện nay, chip của AMD và Intel đều sử dụng kiến trúc x86 (ảnh: wccftech)

Với người dùng cuối, có thể hiểu rằng trên máy tính, laptop và máy chủ thì sử dụng kiến trúc tập lệnh x86, chip sản xuất bởi Intel hoặc AMD. Chắc hẳn bạn đều đã nghe đến hai công ty này rồi. Còn trên smartphone, tablet, máy in,... thì sẽ là ARM, chip có thể của Apple, Samsung hoặc Qualcomm.

Intel và AMD

Cả thập kỷ, đứng trên đỉnh hiệu năng chính là kiến trúc x86 trên các con chip Intel và AMD. Chúng được dùng để chạy ứng dụng văn phòng, chơi game, vận hành các trung tâm dữ liệu,... một cách mau lẹ và mạnh mẽ. Từ những con chip Atom hạn chế tiêu thụ năng lượng cho tới dòng Xeon cực mạnh nhưng cũng rất hao điện, x86 bao trùm tất cả.

Được giới thiệu từ năm 1978, tập lệnh này đã được hơn 40 năm tuổi. Chúng ta chẳng bao giờ để ý, đơn giản là thanh toán và mang máy về nhà, nhưng đây đã là nền tảng của máy tính và máy chủ suốt thời gian dài qua.

Đến nay, nền tảng x86 đã có tuổi đời hơn 40 năm (ảnh: hardwaretimes)

ARM: nhỏ gọn, hiệu quả và rẻ tiền

Về mặt lịch sử, kiến trúc ARM được xem là giải pháp thay thế cho x86, với các ưu điểm như ít tiêu thụ điện và rẻ hơn. Đánh đổi cho sự nhỏ gọn và tối ưu chi phí, điện năng đó là hiệu suất. Chúng không chạy đua sức mạnh mà thường chỉ ở mức tạm ổn, đủ đáp ứng. Kết quả là ARM kiểm soát những sản phẩm không phải ưu tiên hiệu năng xử lý, mọi thứ trừ desktop và laptop.

Tuy nhiên, thời thế thay đổi. Thời gian gần đây, chip ARM đã bắt đầu lấn sân sang cả lãnh địa của x86. Nếu không quan tâm tới hiệu năng đơn luồng thô mà chỉ chú trọng tổng thông lượng và hiệu quả tiêu thụ điện, chip máy chủ dựa trên ARM tỏ ra rất ấn tượng. Chi phí rẻ hơn, sức mạnh tính toán nhiều hơn trên mỗi watt tiêu thụ. Một lựa chọn không tồi!

Cùng với đó, chip ARM dần tìm cách len lỏi vào một số mẫu laptop và desktop, dù chưa đủ sức đe dọa tới vị thế thống trị của Intel. Tuy nhiên, đó là khi Apple chưa bắt tay vào làm chip ARM cho máy tính. Công ty này có thể là ngòi nổ cần thiết cho kiến trúc ARM bứt phá, theo cách riêng rất thú vị của họ.

Cho đến khi các con chip dựa trên kiến trúc ARM trỗi dậy (ảnh: Qualcomm)

Chip ARM tùy biến của Apple: mạnh và tiết kiệm điện

Nhiều hãng chỉ đơn thuần mua giấy phép bản quyền các lõi tham chiếu của ARM (A72, A53,...) và gắn vào sản phẩm của họ. Tuy nhiên, một số hãng lại hướng tới xây dựng thiết kế tùy biến của riêng mình mà Apple là một trong các công ty đó. Bắt đầu từ iPhone 5 trang bị chip A6, họ đã triển khai nhân tự tùy biến.

Đó vẫn là các bộ xử lý ARM, chắc chắn rồi! Chỉ khác là chúng đã được làm mới lại, không còn giống các nhân tham chiếu xuất hiện đầy trên thị trường nữa. Chip của Apple thường cho hiệu năng tốt, chạy ổn định và không bị quá nhiệt dẫn đến tụt xung. Tuy nhiên, môi trường của chúng vẫn là điện thoại và do vậy, vẫn phải ưu tiên tiết kiệm điện lên hàng đầu.

Cho đến khi Apple không thể chịu đựng nổi nữa!

Đã đến lúc Apple phải tự bắt tay vào làm chip cho máy tính của mình (ảnh: Web24 News)

Chiếc iPhone 11 của bạn có thể cho hiệu năng còn mạnh hơn bất cứ sản phẩm điện tử nào khác bạn có trong nhà, khi dựa trên xử lý tác vụ đơn nhân. Apple đã âm thầm cải tiến qua từng năm, lặp đi lặp lại trên các nhân tùy biến của mình, để đến lúc nào đó, các điện thoại Android không còn có thể sánh ngang về hiệu năng được nữa.

Và khi di động không còn đủ sức níu kéo Apple, công ty tìm cách chinh phục một thử thách mới - máy tính.

Intel - mắc kẹt ở tiến trình 14nm

Intel vốn đã mắc kẹt với tiến trình 14nm của họ tận 4 năm, còn kế hoạch thương mại 7nm cứ liên tục hứa rồi lại thất hứa. Chưa kể, những năm qua chứng kiến vi kiến trúc của hãng bị phơi bày điểm yếu về bảo mật. Năm này qua năm khác, những tín đồ của PC gaming đã liên tục phải thất vọng với những con chip 14nm+, 14nm++, 14nmXP, 14nmBBQ,...

Người dùng máy tính hết lần này đến lần khác phải thất vọng khi Intel vẫn kẹt ở tiến trình 14nm (ảnh: Reddit)

Họ từng là kẻ dẫn đầu ngành công nghiệp trong việc thiết kế chip, bỏ xa phần còn lại mà không ai hoài nghi. Chip Intel tiêu thụ điện năng thấp, hiệu năng đáp ứng tốt nhu cầu và xứng đáng với số tiền bỏ ra. Dường như đã trở thành lựa chọn mặc định của chúng ta mỗi khi xây dựng cấu hình máy tính. Thế rồi, họ lạc lối.

Những vấn đề như Meltdown hay Spectre chỉ là phần nổi của tảng băng chìm, còn cả một danh sách dài những vấn đề khác. Hầu hết chúng đều được phát hiện gần đây và được sửa chữa - một số sửa lại những dòng mã, một số biên dịch lại phần mềm, hoặc chỉnh sửa kernel. Tuy nhiên, cái giá phải trả là tốc độ chậm đi, so với thời điểm mới phát hành, chip đã bị làm suy yếu.

Dường như, đến chính Intel cũng không còn hiểu thấu đáo những con chip của mình như trước. Họ đánh mất "ma thuật" ngày nào và chìm vào nỗi thất vọng tăng lên qua mỗi năm. Có những vấn đề rất đơn giản nhưng cách xử lý của Intel tệ đến mức, họ hoàn toàn không nhận thức được cho đến khi được báo cáo về vấn đề.

Những con chip Intel đời mới hiện nay đã không còn "ma thuật" như thời kỳ hoàng kim trước đây (ảnh: Intel)

Lợi thế của Apple

Khi triển khai những con chip tự tùy biến, Apple có thể kiểm soát cỗ máy của mình chính xác hơn, nhằm đem lại trải nghiệm tốt hơn. Họ có thể cung cấp mức hiệu suất tương đương trong khi vẫn giữ mức tiêu thụ điện năng thấp. Với thiết kế SoC, họ có thể nhồi nhét thêm những món "đồ chơi" khác vào cùng một con chip, thay vì những thành phần rời rạc.

Họ có thể tự thiết kế con chip bắt kịp những nhu cầu đã đề ra, thay vì trông chờ vào Intel vốn không đảm bảo sản phẩm sẽ hoàn thành được kỳ vọng. Khi đế chip được tích hợp thêm nhiều thành phần khác, sẽ có thêm không gian trống trên bảng mạch, tiêu thụ điện và tỏa nhiệt sẽ ít đi. Cuối cùng, một khía cạnh cực kỳ quan trọng sẽ có bước đột phá - thời lượng pin.

Apple không cần nhồi nhét một viên pin quá lớn vào laptop của mình, nếu họ muốn giảm chi phí hoặc không làm tăng trọng lượng sản phẩm. Cách duy nhất là tăng thời gian sử dụng thông qua việc kiềm chế điện năng tiêu thụ. Những con chip ARM của hãng hầu như ngốn ít điện hơn chip Intel khi xử lý cùng một tác vụ.

Chip ARM của Apple hứa hẹn sẽ tạo ra một trải nghiệm mới mẻ trên Mac (ảnh: AppleInsider)

Những món "đồ chơi" mà chúng tôi nhắc đến ở trên có thể là các bộ tăng tốc, phục vụ cho xử lý machine learning, engine mạng thần kinh, phần cứng chuyên về bảo mật, hoặc cải thiện khả năng nhận diện giọng nói,... Bằng cách đó, họ sẽ làm mới laptop của mình với loạt tính năng mới và cải thiện những cái đã có.

Giả lập môi trường

Một vấn đề đầu tiên mà Apple phải đối đầu khi chuyển đổi sang ARM. Máy Mac vốn đang chạy tập lệnh x86, vậy nên các phần mềm hiện tại đều hoạt động dựa trên môi trường x86. Một khi chuyển sang ARM có nghĩa là những phần mềm này không thể làm việc mà nhất định phải có bước biên dịch lại.

Họ đã khiến cho các tệp nhị phân 68k chạy ổn trên PowerPC, sau đó là tệp nhị phân PowerPC chạy được trên x86. Giờ thì công ty Mỹ phải giả lập môi trường x86 trên nền ARM để làm cho các phần mềm cũ tương thích tốt với phần cứng mới. Giả lập tương đối khó nếu bạn muốn đạt được hiệu năng ấn tượng.

Apple sẽ phải làm cho các phần mềm x86 hiện tại trên Mac tương thích tốt với kiến trúc ARM (ảnh: The Verge)

Tương lai của Intel

Còn tùy thuộc vào việc Apple triển khai được đến mức nào, và Intel có thể lấy lại phong độ sớm đến khi nào. Nếu Intel có thể nhanh chóng thương mại tiến trình dưới 10nm, sửa chữa các lỗi nằm ở vi kiến trúc một cách chỉn chu, chúng ta sẽ trở lại quãng thời gian tuyệt vời như Intel trong quá khứ từng mang đến.

Liệu thị trường laptop và desktop có trở nên tồi tệ? Chắc chắn là không. Thậm chí ngược lại, đây chính là cú huých mà ngành công nghiệp máy tính cần khi mà Intel đã "hết phép". Giữa lúc Apple rời bỏ Intel và các trung tâm dữ liệu tìm đến ARM như một lựa chọn kinh tế hơn, gã khổng lồ đang lạc lối thực sự cần một cú chuyển mình để không sẽ bị bỏ lại.

Bài viết của tác giả Russel Graves đến từ iFixit, VnReview xin lược dịch cho bạn đọc.

Ambitious Man