10 năm trước, nếu muốn đi mua một con
CPU tốt nhất để chơi game thì nhiều người hẳn sẽ nghĩ đến cái tên
AMD Athlon 64. Giờ thì thời thế đã thay đổi, mặc dù AMD vẫn tiếp tục có những con chip mạnh mẽ nhưng
Intel đã nhanh chóng nổi lên trong cả thập kỉ qua. Giờ đây, dường như các CPU của Intel cho hiệu năng cao hơn, sử dụng ít năng lượng hơn, và người ta cũng có thể tìm thấy logo Intel trên đa dạng các sản phẩm, từ những cỗ máy chơi game to kềnh cho đến những chiếc laptop mỏng nhẹ và thậm chí là tablet. Một số sản phẩm kể tên ở đây thậm chí còn chẳng tồn tại mười năm về trước. Tuy nhiên, Intel có thể không bao giờ đạt được vị trí như hôm nay nếu không có những đợt cách tân của AMD vào những năm 2000.
Các tập lệnh mở rộng 64-bit của AMD Athlon 64 đã giúp cho con chip này chạy được với hệ điều hành 64-bit và hỗ trợ dung lượng RAM cao hơn 4GB, trong khi vẫn có thể chạy được những phần mềm 32-bit với đầy đủ tốc độ vốn có. Tập lệnh này đã chứng minh được sự thành công của mình tốt đến mức Intel chấp nhận trả tiền để có quyền sử dụng nó cho kiến trúc x86-64.
Chưa hết, hai năm sau khi công bố Athlon 64, AMD tiếp tục giới thiệu thêm Athlon 62 X2,
vi xử lý đa nhân đầu tiên dành cho thị trường tiêu dùng. Ảnh hưởng của con chip này với lãnh vực CPU hiện nay là rất lớn: giờ đây hầu hết các CPU phổ biến đều có hai nhân trở lên, từ những chiếc điện thoại di động cho đến máy chủ, siêu máy tính đều xài chip đa nhân. Đó là một sự thay đổi mà ngay cả Randy Stude, giám đốc mảng hệ sinh thái game của Intel, phải nhắc đến khi ông được hỏi ảnh hưởng nào là lớn nhất đối với thiết kế CPU trong thập kỉ qua.
Nhân xử lý
Stude nói: "Câu trả lời đúng chính là nhân xử lý. Tôi đã ở với Intel từ thời Pentium IV rồi. Chúng tôi gặp phải vấn đề về tản nhiệt với dòng chip đó, sau đó chúng tôi quyết định thay đổi và giới thiệu một dòng sản phẩm rất hiệu quả từ Israel (chính là các CPU Core), thứ giúp chúng tôi chiếm được vị trí dẫn đầu về mặt hiệu năng." Kể từ đó, Intel đã có thể bổ sung thêm nhân cho chip của hãng một cách hiệu quả, và điều này đã dẫn đến sự gia tăng về mặt sức mạnh cho PC nói chung.
Việc tập trung tăng số nhân cũng là thứ chủ đạo trong quá trình phát triển của CPU trong vòng 10 năm qua. Trước khi có các CPU đa nhân, các hãng chủ yếu tập trung tăng xung nhịp chip. Điều này giúp gia tăng tốc độ xử lý một cách nhanh chóng cho các phần mềm bởi vì lập trình viên không phải bỏ nhiều công sức để có thể tận dụng xung nhịp cao. Trong giai đoạn 1994 đến 1998, xung nhịp CPU đã tăng 300%, một con số khổng lồ.
Tuy nhiên, đến giữa những năm 2000, cả Intel và AMD đều phải đau đầu chiến đấu với các quy luật vật lý khi họ khó có thể tăng hiệu năng bằng việc tăng xung nhịp trong khi vẫn phải giữ mức độ tiêu thụ điện hợp lý. Giải pháp được đưa ra: nhét thêm nhân vào CPU, nhờ vậy nhiều tác vụ có thể được thực hiện cùng lúc bằng những nhân khác nhau, và đó cũng là một cách để tăng hiệu năng cho máy tính.
Vấn đề là, không giống như việc tăng xung nhịp, việc tăng số lượng nhân đòi hỏi các nhà phát triển phần mềm phải thay đổi mã nguồn của họ để thấy được sự gia tăng hiệu năng. Trong nhiều lĩnh vực nhất định, ví dụ như phát triển game, thì quá trình này diễn ra rất chậm chạp và mất nhiều thời gian.
Theo lời Stude: "CPU đa nhân đòi hỏi rằng ngành công nghiệp phần mềm phải bước cùng chúng tôi và hiểu về khái niệm phân luồng. Đối với ngành game, đó là một thử thách. Việc phân luồng trong khi chơi game là một tình huống phức tạp mà cả chúng tôi (Intel) lẫn AMD đều từng trải qua. Nói chung, bạn có một luồng rất lớn để xử lý tất cả mọi thứ, và tính đến thời điểm đó nó được quản lý bởi chỉ một nhân mà thôi. Phần công việc còn lại thì được chuyển cho các nhân khác. Hiện tại thì có nhiều game cũng tương tự như thế. Bạn có một số trò, thường là các game được chuyển thể từ máy console sang PC, không thật sự thúc đẩy hiệu năng lên cao, thậm chí chúng còn không được phân luồng gì hết".
Battlefield 4 là một trong số ít các trò chơi có thể tận dụng được khả năng đa luồng của CPU nhiều nhân
Stude tiếp tục: "Bản chất của việc phát triển phần mềm cho những nền tảng này, nhất là trong những năm đầu, đó là bạn phải làm cho game của bạn chạy, sau đó bạn phải phụ thuộc rất nhiều vào bộ nguồn game do chính bạn tạo ra hoặc bộ nguồn mua từ các hãng thứ ba như Crytek hay Epic. Nếu Epic và bộ nguồn mang tên Unreal của họ dành cho console không hỗ trợ việc xử lý đa luồng - và đến bây giờ họ vẫn không có - thì bạn cũng gặp vấn đề tương tự khi mang trò chơi lên PC. Những game dạng này nhấn mạnh rất nhiều vào hiệu năng đơn nhân, còn việc xử lý hiệu ứng vật liệu hay trí thông minh thì diễn ra ở các nhân khác. Nó không phải là một tình huống cân bằng".
Vấn đề này còn trở nên nghiêm trọng hơn với AMD. Kiến trúc CPU Bulldozer của hãng vừa cố gắng tăng xung nhịp, lại vừa tăng số nhân với những tài nguyên được chia sẻ như bộ định thời (scheduler), đơn vị xử lý dấu chấm động (floating point unit). Cách thức này không giống như các CPU đa nhân tiêu chuẩn khác. Bulldozer đã được hãng sử dụng cho nhiều CPU, và sau này các thế hệ chỉnh sửa của Bulldozer vẫn còn tiếp tục được xài. Nhưng không may cho AMD, mức độ tiêu thụ điện lớn của Bulldozer có nghĩa là xung nhịp bị hạn chế, điều đó khiến CPU bị phụ thuộc hoàn toàn vào phần mềm và chỉ những phần mềm được tối ưu đặc biệt thì mới có thể đạt hiệu năng chấp nhận được.
Richard Huddy, người chịu trách nhiệm về mảng game của AMD, đồng thời cũng là cựu nhân viên Intel và NVIDIA, đã được trang Gamespot hỏi rằng việc theo đuổi nhiều nhân xử lý liệu có phải là một quyết định đúng đắn hay không, bởi vì dù sao thì hiệu năng dòng CPU Intel Core cũng đã vượt mặt AMD rồi.
Richard Huddy đến từ AMD
"Nếu bạn nói chuyện với những lập trình viên, họ thường nói rằng việc chia sẻ tác vụ cho 2 nhân, 4 nhân sẽ dễ dàng hơn", Huddy nói. Người ta đã thay đổi cách lập trình cho chip đa nhân trong khoảng 5 năm trở lại đây để thích ứng với các con chip 6 nhân, 8 nhân. Họ hiểu rằng những con số dạng này là mục tiêu mà họ cần hướng tới." Còn trong lĩnh vực game, rất khó để có thể tận dụng CPU nhiều nhân, khoảng 32 nhân gì đó, một cách hiệu quả.
Huddy nói thêm thêm: "Bạn càng có nhiều nhân thì mọi chuyện càng phức tạp hơn, nói cách khác chúng ta có một giới hạn thực tiễn. Nếu chúng ta sản xuất một con CPU 1000 nhân, người ta sẽ cảm thấy rất khó khăn để sử dụng nó một cách hiệu quả. Kết quả là bạn có hàng tá nhân rảnh rỗi và diềd không hay chút nào. Dưới góc nhìn của một lập trình viên thì việc tận dụng một nhân là cực kì dễ dàng. Vì vậy, nếu bạn có thể tạo ra CPU đơn nhân xung nhịp 100GHz, chúng ta sẽ có một chiếc máy tuyệt vời trong tay. Tuy nhiên, việc tăng xung nhịp lên cao như thế cũng rất khó khăn bởi chúng ta có những quy luật vật lý xung quanh."
Ông kết lại: "Tôi rất ủng hộ việc tạo ra một con CPU đơn nhân. Sự thật là, nếu bạn phát triển một CPU đơn nhân rồi kiếm cách để tăng hiệu năng lên thật hợp lý thì không lập trình viên nào cảm thấy khó khăn trong việc viết phần mềm nữa. Đáng tiếc, chúng ta phải đối mặt với thực tại".
Cái chết của định luật Moore?
Thế giới thật của chúng ta chính là Định luật Moore, ít nhất là nhìn từ góc độ của những người yêu thích công nghệ bán dẫn. Cái chết của định luật này đã được nói đến nhiều năm trời, thế nhưng Intel lẫn AMD vẫn tiếp tục tăng hiệu năng cho CPU của hãng theo cách mà định luật này nói đến. Tuy nhiên, vi kiến trúc mới nhất của Intel là Broadwell, vốn chuyển sang sử dụng quy trình bán dẫn 14nm thay cho Haswell hiện tại, đã bị trì hoãn nhiều lần, chính điều đó khiến cho những cuộc tranh luận về cái chết của định luật Moore lại xuất hiện thêm lần nữa.
Tất nhiên, cả Intel lẫn AMD đều phải đối mắc với nhiều rào cản kĩ thuật khi họ quyết định sử dụng quy trình sản xuất càng ngày càng nhỏ. Ví dụ với Intel, hãng đã phải phát triển công nghệ bóng bán dẫn ba cổng 3D (nói ngắn gọn thì electron sẽ có diện tích di chuyển tăng gấp ba lần so với trước) nhằm đối phó tình trạng rò điện tích của quy trình 22nm hoặc nhỏ hơn.
Mô hình Tick Tock của Intel hiện vẫn tuân theo định luật Moore
Stude đến từ Intel phát biểu: "Cả thập kỉ vừa qua là quãng thời gian quan trọng trong quá trình tồn tại của chúng tôi, thập kỉ mà chúng tôi có doanh thu và doanh số cả kỉ lục. Chúng tôi đã được nói cho nghe rằng định luật Moore đã chết và rằng các quy luật vật lý sẽ không cho phép chúng tôi tiếp tục những tiến bộ trong khoa học. Thế nhưng, chúng tôi đã chứng minh được rằng bọn họ đều sai cả rồi. Tôi là một con người của tương lai, và tôi đã học được nhiều thứ khi làm cho Intel."
Ông tiếp tục: "Tôi chỉ không đồng tình với suy nghĩ rằng không có cách nào tốt hơn. Tôi nghĩ rằng chứng cứ trong vòng 50 năm qua sẽ cho thấy chúng tôi vẫn còn nhiều thứ phải làm với kĩ thuật bán dẫn. Thứ mà chúng ta nghĩ là khả thi có thể sẽ hoàn toàn bị thay đổi vào ngày mai nếu chúng ta tìm được một nguyên tố mới, hoặc một quy trình mới có khả năng đảo lộn mọi thứ. Tôi sẽ không chơi trò định luật Moore đã chết, bởi vì tôi nghĩ rằng nó sẽ không chết. Có thể khung thời gian của định luật sẽ chậm lại, nhưng tôi hoàn toàn không chấp nhận chuyện định luật đang chết dựa theo những gì tôi đã được thấy tại Intel."
Huddy đến từ AMD cũng chia sẻ cùng tầm nhìn đó: "Định luật Moore giờ vẫn sống khỏe mà, phải không? Nếu chết thì ít nhất cũng phải 5 năm nữa. Với những mục tiêu thực tế, tôi kỳ vọng rằng chúng ta sẽ tiếp tục sống với những thứ gần giống như định luật Moore từ đây đến xa nhất là năm 2020. Vấn đề lớn nhất của chúng tôi đó là cho con quái vật (CPU) thức ăn, điều đó liên quan đến băng thông bộ nhớ. Tôi muốn các nhà sản xuất DRAM tiếp tục bắt kịp chúng tôi, và cung cấp cho chúng tôi không chỉ là những bộ nhớ có mật độ cao hơn mà phải làm cho bộ nhớ trổ nên nhanh hơn. Đó là một vấn đề có thật (sự nghẽn cổ chai khi tốc độ RAM không bắt kịp tốc độ xử lý của CPU), và nếu chúng ta có thể có được những bộ nhớ siêu nhanh và không phải trả một núi tiền thì điều đó thật tuyệt. Tôi đổ thừa cho họ đấy, tất cả là tại DRAM!".
Đồ họa tích hợp tốt hơn
Song song với việc tăng số nhân CPU trong thập kỉ qua, cả AMD và Intel đều đã có những nỗ lực đáng khen ngợi để tích hợp các thành phần khác của một hệ thống máy tính vào trong CPU nhằm cải thiện hiệu năng và giảm kích thước máy móc. Trong số đó, đồ họa tích hợp có lẽ là thứ đáng chú ý nhất. Trước đây các bộ xử lý đồ họa của Intel được cho là quá kém, kém đến nỗi nó chỉ có thể chơi được những trò chơi nhẹ nhàng hoặc làm những tác vụ đồ họa đơn giản. Ngay cả những hình ảnh 3D của hệ điều hành cũng khá mà được xây dựng mượt mà trên các GPU đó. Tuy nhiên, mọi thứ đã thay đổi.
Khi Intel ra mắt bộ xử lý đồ họa Iris Pro, người ta đã đánh giá nó rất cao. Có thể Iris Pro chưa thể thay thế hoàn toàn được các GPU rời nhưng nó đã có thể chạy được các game nặng ở tốc độ và độ phân giải chấp nhận được. Thành phần này còn được tích hợp vào cả những hệ thống nhỏ gọn nữa như Gigabyte Brix Pro chẳng hạn.
CPU Core i7-4950HQ đi kèm theo GPU Intel Iris Pro
Nhưng nếu nói về bộ xử lý đồ họa tích hợp thì AMD làm tốt hơn Intel rất nhiều. AMD mua lại công ty đồ họa nổi tiếng ATI vào năm 2004 và điều đó đã mang lại cho hãng một số lợi thế nhất định. Các dòng APU, bao gồm nhân CPU đi kèm với bộ xử lí đồ họa tích hợp Radeon, đã trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho các máy tính nhỏ gọn không cần GPU rời trong khi vẫn đạt được hiệu năng cao. Có thể các APU chỉ đem lại cho AMD một chút thành công khi nói về mặt CPU, nhưng khi đề cập đến đồ họa thì đây là bước đi rất lớn và vô cùng quan trọng.
Darren Grasby, một phó chủ tịch của AMD, nói rằng: "Chúng tôi đã quyết định sẽ tập trung vào mảng đồ họa 18 tháng trước. Bắt đầu bằng các APU với tên mã Llano, nó dẫn dắt chúng tôi đến với những con chip Kaveri ngày nay. Kaveri là APU phức tạp nhất từng được sản xuất... Nếu bạn nhìn từ khía cạnh đồ họa phổ thông và cận cao cấp, một con Kaveri A10 chính là thứ bạn cần. Và bạn sẽ không phải chi 1500$ hay 2000$ cho một cỗ máy chơi game hạng nặng, bởi vì một game thủ thông thường hoặc game thủ chú trọng hiệu năng sẽ không xài hết năng lực của một chiếc máy tính như thế".
Sự phát triển của ARM và di động
Trong lúc Intel vẫn dẫn đầu về hiệu năng CPU còn AMD thì đi tiên phong về đồ họa tích hợp, cả hai công ty đều gặp khó khăn trong thị trường thiết bị di động. Tình hình càng tồi tệ hơn khi doanh số PC vẫn còn ảm đạm chưa biết bao giờ mới hồi phục. Các con chip tất cả trong một (System-on-Chip) được thiết kế dựa trên kiến trúc ARM đã chiếm thị phần khổng lồ, chúng có mặt trên hầu hết những chiếc smartphone và tablet đang có bán hiện nay. Ngay cả chiếc máy chơi game cầm tay Sony PlayStation Vita cũng dùng chip ARM bốn nhân!
Intel đã cố gắng bắt kịp cuộc đua bằng cách giới thiệu loạt chip Atom thế hệ mới dựa trên kiến trúc x86. Những con chip này có hiệu năng tốt, thời gian dùng pin ổn, lại chạy được hầu hết các phần mềm Android vốn ban đầu chỉ được viết cho kiến trúc ARM. Tuy nhiên, mức độ phổ biến của các chip Atom vẫn chưa thể nào sánh với các SoC Apple A-series, Qualcomm Snapdragon, MediaTek hay Samsung Exynos. Chỉ riêng trong năm ngoái mảng Di động và Truyền thông của Intel đã thua lỗ gần 900 triệu USD đấy thôi.
Ngược với Intel, AMD đi một con đường khác. Hãng kí thỏa thuận với ARM để có quyền phát triển và sản xuất những vi xử lý của riêng mình chứ không dùng nhân có sẵn của ARM. Câu hỏi đặt ra ở đây là vì sao AMD lại quyết định như vậy, trong khi hầu hết kinh nghiệm của công ty đều là về kiến trúc x86? Vì sao hãng lại muốn chuyển sang một vi kiến trúc hoàn toàn mới như thế?
Grasby đến từ AMD cho biết: "Lý do chính để chúng tôi kí bản quyền ARM đó vì 2 năm trước, chúng tôi đã mua lại một công ty tên SeaMicro. Thứ mà AMD theo đuổi đó là dòng sản phẩm máy chủ lưu trữ Freedom Fabric của SeaMicro. Đây cũng là nguyên nhân vì sao chúng tôi muốn có bản quyền từ ARM, để chúng tôi có thể có cơ hội đưa chip vào những máy chủ mạnh mẽ. Đây là một cơ hội tuyệt vời! Ngay khi chúng tôi có trong tay bản quyền ARM 64-bit, các cơ hội khác được mở ra. Hãy lấy sản phẩm nhúng làm ví dụ. Thị trường này, nếu kết hợp cả ARM lẫn x86 thì nó có giá trị khoảng 9 đến 10 tỉ USD. Còn nếu bỏ ARM đi thì giá trị chỉ còn khoảng 4-5 tỉ USD mà thôi".
Grasby tiếp tuc: "Bạn có thấy báo cáo tài chính của Intel ít hôm trước hay không? (vào ngày 16/7/2014). Hãy nhìn vào khoản lỗ của bộ phận di động mà xem. Tôi nghĩ rằng đến một lúc nào đó, các nhà đầu tư sẽ bắt đầu hoài nghi về nó. Tôi không thể nhớ con số chính xác, nhưng tôi nghĩ nó vào khoảng 1,1 tỉ USD thì phải. Các khách hàng của AMD thì gợi ý rằng đây không phải là một con đường tốt nhất. Tôi ủng hộ họ (Intel) tiếp tục làm, bỏi vì nếu họ cứ mất tiền như thế thì chắc chắn mọi chuyện đang không tốt".
Sự suy giảm của thị trường PC
Mặc cho nỗ lực của AMD, chiến lược mà công ty đề ra với kiến trúc ARM vẫn chưa mang lại thành công lớn. Trong quý tài chính mới đây công ty đã bị lỗ 36 triệu USD, đồng thời hãng đưa ra dự đoán rằng việc cung cấp chip cho các máy chơi game của Sony, Microsoft, Nintendo sẽ đạt đỉnh cao nhất vào tháng 9/2014. Ngay khi thông tin này được công bố, giá cổ phiếu cảu AMD đã bị giảm 18%, và sự suy giảm của thị trường PC thì vẫn còn đó. Không khí ảm đạm của mảng máy tính cá nhân có nghĩa là AMD và Intel vẫn phải tìm cách mở rộng thị trường của mình ra khỏi các máy tính truyền thống. Tuy nhiên, vẫn còn một thứ sống khỏe, đó là các CPU dành cho những người khoái ép xung hoặc các game thủ.
Stude nói: "Thị trường ép xung chắc chắn vẫn có liên quan. Mỗi khi chúng tôi ra mắt sản phẩm mới, vẫn có những người quan tâm đến từng khía cạnh nhỏ nhất của vi xử lý và họ muốn đẩy giới hạn của chip lên đến tối đa. Họ là những người kì thú, họ chẳng màn đến việc mua cả tá CPU về để xem nó có thể làm được gì, ngoài ra cũng có những người ép xung như một công việc thường ngày nữa." Có thể CPU AMD mang lại hiệu năng rất ấn tượng so với giá tiền, tuy nhiên họ vẫn thua kém Intel khi nói về hiệu năng cực đại cũng như hiệu năng trên watt điện. Và để tiếp tục sống trong mảng PC, AMD cần phải làm tốt hơn nữa.
Ngay chính Huddy của AMD cũng thừa nhận chuyện tương tự. "Từ góc nhìn của một kĩ sư, hiệu năng trên watt để trở thành một nhân tố nhân tố trong nhiều tình huống, thế nên chúng tôi cần phải làm việc tốt hơn nữa. Rõ ràng rằng Intel, NVIDIA và tất cả mọi công ty khác đang cạnh tranh trong thị trường bán dẫn sẽ phải để ý đến chuyện này. Nếu bạn quay ngược trở lại khoảng 10 hay 20 năm trước thì hiệu năng trên watt không phải là một vấn đề to lớn, nhưng rồi sau này nó đã trở nên quan trọng, và chúng tôi dự tính sẽ làm tốt hơn."
AMD đặt cược vào Mantle
Tương lai của AMD không chỉ nằm ở phần cứng. Mantle - bộ hàm API đồ họa của hãng dùng để cạnh tranh với OpenGL và Direct X - sẽ cho phép các ứng dụng truy cập vào tài nguyên CPU/GPU ở cấp độ thấp, tương tự như trên các máy console vậy. Và rõ ràng AMD đang đặt rất nhiều hi vọng vào Mantle, ngay cả khi công nghệ Direct X 12 của Microsoft hứa hẹn sẽ cho phép làm những thứ tương tự.
"Chúng tôi hết sức tự hào về Mantle", Huddy cho biết. "Chúng tôi có thể giúp cho CPU hạn chế được tình trạng thắt cổ chai thường thấy. Không nghi ngờ gì về việc người ta sẽ dùng sức mạnh CPU cho những thứ tốt đẹp, và chúng ta sẽ thấy điều đó thông qua những màn trình diễn mà AMD đã sẵn sàng để cho mọi người xem. Tuy nhiên, hãy khoan nói quá nhiều về GHz, đôi khi bạn đã đến được đó rồi thì bạn sẽ cần tìm kiếm một bộ API nhanh nhất thế giới, và khi đó bạn sẽ tìm đến Mantle. Khi đó, bạn sẽ nói 'Okay, giờ thì tôi biết vì sao AMD đang dẫn đầu'. Đừng chỉ nói đến xung nhịp CPU, thay vào đó, chúng ta hãy nhìn vào các sáng tạo công nghệ nằm bên trong con chip".
Giờ thì các bạn đã thấy rõ được quá khứ, hiện tại và tương lai của thế giới CPU, từ những ngày đầu tin học bắt đầu phổ cập đến mọi người cho đến khi công nghệ thông tin trở thành những thứ không thể thiết trong cuộc sống. CPU đã đi qua nhiều giai đoạn, từ những con chip đơn nhân cho đến đa nhân, rồi đến những tiến bộ trong bộ xử lý đồ họa nữa. Chúng ta hãy cùng hi vọng rằng các CPU trong tương lai sẽ mạnh hơn, tiêu thụ ít điện năng hơn, và nhỏ gọn hơn để chúng có thể giúp cuộc sống của con người trở nên thông minh hơn.
