ARM vs Intel x86: Lối thoát nào cho Intel?

Chiến trường smartphone không chỉ nóng bỏng ở mặt trận hệ điều hành di động với iOS vs Android vs Windows Phone mà còn đang sôi sục ở mảng công nghệ xử lý. ARM hay x86 sẽ lên ngôi?

Lang thang trên mạng và tìm hiểu về điện thoại di động, máy tính để bàn, laptop… có lẽ bạn sẽ thường xuyên “đụng độ” các khái niệm liên quan đến CPU như ARM, x86… Những khái niệm trên có thể sẽ tương đối “khó nhằn”, nếu bạn không phải là một người có chuyên môn trong lĩnh vực công nghệ thông tin. (Và nếu bạn không biết thật thì cũng chẳng có gì đáng để xấu hổ, vì có cả những kỹ sư chuyên ngành về khoa học máy tính mà tôi biết cũng không thể phân biệt được ARM khác x86 như thế nào). Bài viết này sẽ cho bạn có được một cái nhìn tương đối tổng quan về các khái niệm này. Và xin hứa với bạn đọc rằng bài viết này sẽ giải thích rất đơn giản và rành mạch, bạn không cần phải là một chuyên gia mới có thể hiểu được những gì mà bạn sẽ đọc ở dưới đây.

ARM, x86 là gì?

ARM: Nền tảng chính cho các thiết bị cầm tay, và đang lấn sân cả sang các thiết bị… không cầm tay.

Khi bạn sử dụng 1 thiết bị điện tử, bất kể thiết bị gì từ laptop, desktop, máy tính bảng đến điện thoại (cả smartphone và dumbphone) , máy nghe nhạc thậm chí là cả modem, router wifi…. tất cả đều cần CPU để làm nhiệm vụ tính toán xử lý dữ liệu, giúp thiết bị có thể hoạt động được. Có thể nói CPU là bộ não của thiết bị. Vấn đề là ở chỗ, không phải CPU nào cũng giống nhau.

Trong thời điểm hiện tại, những sản phẩm kể trên, hầu như chỉ sử dụng1 trong 2 loại CPU : không là ARM thì là x86. Các loại máy tính để bàn, laptop, netbook thường có sử dụng chip xử lý mang kiến trúc x86, phần còn lại là “lãnh địa” của ARM. x86 là kiến trúc xử lý do Intel xây dựng, và hãng này “giữ khư khư” bản quyền của x86 cho mình, không chịu cho các nhà sản xuất khác cùng sản xuất CPU trên nền x86 (vẫn có ngoại lệ).

2 công ty chính sản xuất CPU trên nền x86 là Intel và AMD. Còn CPU sử dụng kiến trúc ARM thì có ti tỉ hãng sản xuất: “Qualcomm, Nvidia, Samsung….”. Có lẽ đến đây bạn đã mường tượng được về mô hình “trận chiến” giữa 2 công nghệ này.

Còn CPU ARM thì “chiếm đóng” thánh địa thiết bị cầm tay.

Khác biệt lớn nhất của 2 loại kiến trúc xử lý này, đó là “ngôn ngữ” mà 2 loại CPU này nói không giống nhau, tức là x86 có cách tính toán xử lý dữ liệu khác hoàn toàn so với ARM. Sự khác biệt này khiến cho các phần mềm được viết để chạy trên kiến trúc x86 sẽ không hoạt động được trên ARM và ngược lại. “Phần mềm” ở đây không chỉ là ứng dụng, mà là tất cả các thứ… không phải phần cứng ở trên máy tính của bạn, bao gồm hệ điều hành và phần mềm ứng dụng. Windows, Mac OS X hiện tại chỉ hỗ trợ x86 mà không hỗ trợ ARM, một số distro của Linux cùng với các hệ điều hành di động như Android, iPhone… lại chạy được trên ARM.

Bạn cũng nên chú ý một điểm, rằng trong cùng 1 dòng CPU, chẳng hạn như x86, thì việc so sánh xung nhịp của các CPU mới có ý nghĩa thể hiện sự khác biệt về hiệu năng của CPU đó. Ví dụ, 1 CPU của Intel có xung nhịp 1Ghz chắc chắn sẽ cho hiệu năng xử lý thấp hơn 1 CPU cũng của Intel nhưng chạy ở xung nhịp 1.5 Ghz. Tuy nhiên, vì sự khác biệt trong kiến trúc thực thi lệnh của 2 dòng x86 và ARM, việc so sánh 2 CPU của 2 dòng này dựa trên xung nhịp là vô nghĩa.

Chẳng hạn 1 CPU ARM chạy ở xung nhịp 1Ghz vẫn có thể cho tốc độ tải trang web “ngang ngửa” với 1 CPU Atom chạy trên nền x86 có xung nhịp 1.6 Ghz . Để so sánh chính xác hiệu năng của 2 CPU thuộc 2 dòng khác nhau, cách duy nhất là benchmark: giao cho 2 CPU cùng 1 công việc, xem CPU nào hoàn thành trước thì CPU đó mạnh hơn.

ARM vs x86: Tiết kiệm điện vs hiệu năng.

Đã từng có thời kỳ Intel chung sống hòa bình với ARM. Intel thoải mái tung hoành trên mặt trận PC, còn ARM thì cứ vô tư thống trị thị trường smartphone. 2 công nghệ xử lý này được thiết kế nhắm đến 2 thị trường hoàn toàn khác nhau: X86 của Intel được sinh ra để sử dụng trên các máy tính cá nhân trong khi ARM của tập đoàn ARM thì được thiết kế để sử dụng trên các thiết bị di động.

Các CPU thuộc dòng x86 của Intel thống trị phân khúc PC vì hiệu năng vượt trội.

Trong kỷ nguyên PC, Intel bị cuốn vào vòng xoáy đòi hỏi của khách hàng: Hãng tìm mọi cách để “nhồi nhét” thêm bóng bán dẫn vào CPU của mình (càng nhiều bóng bán dẫn thì CPU có khả năng tính toán càng mạnh), tìm cách giảm tối khoảng cách giữa các bóng bán dẫn của đầu tiên là 90nm rồi 65nm, 45nm, 32nm, 22nm , hệ quả của việc giảm khoảng cách giữa các bóng bán dẫn là mật độ bóng bán dẫn tăng lên và kích thước lõi giảm đi, giúp nhà sản xuất có thể “nhồi” thêm nhiều lõi hơn trên 1 con chip. Intel cố gắng giảm những yếu tố trên, nhưng có 1 yếu tố khá quan trọng thì lại bị phớt lờ: Tiêu thụ điện năng.

Cố gắng chạy đua tốc độ xử lý, đến khi nhìn lại Intel mới bàng hoàng nhận ra những “đứa con” của mình đang trở thành những “thần sầu” ngốn điện. 1 CPU thế hệ mới trên nền tảng x86 có công suất “xêm xêm” 20 watt. Tất nhiên khi sử dụng trên các máy tính để bàn và Laptop với dung lượng pin lớn, yếu điểm này của CPU trong dòng x86 không “lộ liễu” lắm, vì với các thiết bị này, “gánh” thêm chừng chục watt công suất cũng chẳng phải vấn đề gì to tát. Thế nhưng khi đưa vào ứng dụng trên các thiết bị di động như smartphone, máy tính bảng thì mọi chuyện lại sang một vấn đề hoàn toàn khác.

Khi ở chế độ chờ, CPU x86 tiêu thụ điện gấp 50 lần so với CPU ARM, kích thước của 1 con chip trên nền ARMv7 chỉ nhỏ bằng 1/3 lần 1 con chip Atom.

CPU trong dòng x86 dễ dàng “xơi tái” những cục pin với dung lượng chỉ loanh quanh mức 1000-2000 mAh của các thiết bị di động trong nháy mắt. Và dĩ nhiên là chẳng ai muốn chiếc điện thoại của mình chỉ hoạt động được trong… 15 phút cho mỗi lần sạc đầy. Việc tăng dung lượng pin đồng nghĩa với việc tăng kích thước máy, tăng trọng lượng máy, tăng thời gian sạc, và đương nhiên là tăng cả giá thành. Nếu các smartphone chọn x86 làm dòng CPU chủ đạo, có lẽ bây giờ chúng ta vẫn sẽ phải mang vác những “cục gạch” như từ thập kỷ 80.

Nhưng với ARM thì câu chuyện lại xoay theo chiều hướng khác, được xây dựng với mục đích chính là dành cho các thiết bị di động với dung lượng pin bị hạn chế, điều tâm niệm lớn nhất của ARM là làm sao để kiến trúc xử lý của mình phải có công suất thật thấp, phù hợp với các thiết bị cầm tay. Và sự ra đời của ARM thực sự đã giải quyết được “cơn khát” CPU của các thiết bị di động. Với lượng điện tiêu thụ chỉ bằng 1/10 các CPU có hiệu năng tương đương của Intel, kiến trúc ARM đã thống trị tất cả các thiết bị di động. Giờ đây, dù bạn cầm chiếc điện thoại của hãng nào đi chăng nữa thì có đến 95% khả năng chiếc điện thoại đó sử dụng CPU dựa trên ARM.

Chiến tranh và hòa bình: Mobile là chiến trường mới.

Intel từng rất vui vẻ để cho ARM thống trị thị trường CPU cho thiết bị cầm tay mà không hề “lăn tăn” gì. Thế nhưng trong vòng vài năm trở lại đây, với sự trỗi dậy mạnh mẽ của smartphone, tablet và chúng ta đang dần đi vào kỷ nguyên “hậu PC”, dường như Intel bắt đầu cảm thấy “đỏ mắt” khi ARM ăn “miếng bánh” của mình quá ngon lành. Năm 2008, đánh hơi được xu thế của thị trường, Intel cho ra đời dòng CPU Atom, thực ra là 1 phiên bản rút gọn của các CPU dành cho PC.

Với ý định trở thành đối trọng của ARM. Thế nhưng Atom vẫn không khắc phục được yếu điểm ngốn điện của các đàn anh x86, vì thế dòng chip này gần như chẳng được nhà sản xuất thiết bị cầm tay nào đoái hoài. Ứng dụng duy nhất của Atom đó là sử dụng trong các máy tính xách tay loại nhỏ netbook, 1 xu hướng từng khá hot cách đây 2,3 năm nếu bạn đọc nào vẫn còn nhớ.

Atom là một nỗ lực của Intel để “ngáng chân” ARM, nhưng bất thành. Sự căng thẳng giữa 2 nền tảng từng chung sống rất hòa thuận này bắt đầu leo thang. Nhưng sự thực là quan hệ của Intel và ARM đã từng có thời khá êm đẹp. Thậm chí, đã có lúc Intel cũng sản xuất CPU dựa trên nền tảng ARM. Sự kết hợp của các nhà máy sản xuất chip theo công nghệ “đóng gạch” của Intel cộng với nền tảng tiết kiệm điện của ARM đã cho ra đời dòng CPU Xscale.

1 CPU thuộc dòng Xscale: Đứa con bị hắt hủi của Intel

Nếu bạn từng sử dụng các smartphone chạy Windows Mobile trong thời kỳ những năm 2005, 2006 thì bạn sẽ nhớ về dòng chip này vì nó cũng từng khá phổ biến. Tuy nhiên sau đó, Xscale lại trở thành một gánh nặng cho Intel khi doanh số của dòng sản phẩm này không được tốt lắm. Và Intel đã bán lại Xscale cho Marvel. Từ đó về sau, Intel tỏ ra khá chuyên tâm nghề nghiệp khi không “đả động” gì đến CPU công suất thấp nữa và chuyên tâm vào việc phát triển các CPU nhanh hơn, mạnh hơn và cũng ngốn nhiều năng lượng hơn.

Intel vs ARM: Kiến giết voi

Nếu so sánh qui mô của Intel và ARM (công ty sáng chế và phát triển kiến trúc xử lý ARM), bạn sẽ thấy sự chênh lệch xa đến 1 vạn tám ngàn dặm. Giá trị vốn hóa của Intel là vào khoảng 120 tỉ USD trong khi ARM, bất chấp sự thống trị của dòng CPU ARM trên các thiết bị cầm tay, vẫn “lẹt đẹt” với giá trị vốn hóa chỉ ở mức 12 tỉ USD. Tất nhiên 12 tỉ USD cũng không hề nhỏ, nhưng đơn giản là cách biệt giữa Intel và ARM là quá xa.

Sở dĩ có sự cách biệt này chủ yếu là do cơ chế kinh doanh của 2 công ty này khác nhau. Như đã nói ở trên, Intel sáng tạo ra x86, và hãng này “quản” bản quyền của x86 rất kỹ, hầu như chỉ có Intel và AMD được phép sản xuất CPU sử dụng công nghệ này.Và các nhà máy sản xuất CPU của Intel thì không nói ai cũng biết: Qui mô của chúng lớn khủng khiếp và lợi nhuận lúc nào cũng ở mức 2 con số. Nói 1 cách đơn giản, Intel nắm cả hồn lẫn xác của x86, vừa phát triển công nghệ vừa sản xuất phần cứng.

Trong khi đó, ARM thì ngược lại, hãng này không sở hữu 1 nhà máy sản xuất nào trong tay, và bạn cũng chẳng thể tìm được 1 CPU nào trên thị trường đóng mác ARM. Đơn giản là vì hãng này chỉ tập trung nghiên cứu phát triển nền tảng ARM, và sau đó bán quyền sản xuất các CPU trên nền ARM cho những hãng có nhu cầu. Hệ quả là ARM chỉ nắm phần “hồn” của kiến trúc xử lý ARM, trong khi phần “xác” thì lại nằm trong tay các nhà sản xuất như Qualcomm, Nividia..

Nvidia Tegra 2, 1 trong những SoC có CPU sử dụng công nghệ ARM rất được các nhà sản xuất smartphone và tablet ưa chuộng. 1 trong những SoC có chip ARM lõi kép đầu tiên trên thị trường.

Kiểu kinh doanh của ARM khiến cho công ty này có giá trị vốn hóa thấp nhưng lại có độ phủ thị trường cực rộng, và nói đến cuộc chiến Intel với ARM thực ra là đang nói Intel chiến đấu chống lại cả 1 liên minh do công ty ARM đứng đầu, theo sau là cả 1 lực lượng hùng hậu các nhà sản xuất.

Và kì tích hiện hữu trong đời thực, “kiến” ARM đã và đang đè cho “voi” Intel không ngóc nổi dậy trên thị trường CPU cho smartphone và tablet. Mặc cho những nỗ lực của Intel gần đây trong việc cải tiến dòng Atom đã có những bước tiến rất đáng kể: những chip Atom mới ra đời đã tiết kiệm điện hơn nhiều. Nhưng thị trường công nghệ thông tin luôn có hướng “chuẩn hóa” xoay quanh một nền tảng lớn nhất.

ARM chỉ bán bản quyền sản xuất của kiến trúc ARM do mình phát triển chứ không sản xuất CPU để kinh doanh.

Giống như công nghiệp phần mềm cho PC “chuẩn hóa” xung quanh Windows, các ứng dụng và hệ điều hành di động cũng chuẩn hóa xung quanh ARM. Chẳng ai muốn phải học lại từ đầu hoặc thay đổi nền tảng mà mình đang quen thuộc: nếu bây giờ Android hay iPhone vốn đang chạy trên nền ARM chuyển sang sử dụng Atom (nền x86), có nghĩa là không chỉ hệ điều hành sẽ phải điều chỉnh lại cho phù hợp với kiến trúc x86 mà cả 350.000 ứng dụng trên AppStore và khoảng 200.000 ứng dụng trên Android Market cũng sẽ phải chỉnh sửa lại rất nhiều. Ai sẽ là người “chịu khó” ngồi viết ứng dụng của mình để hoạt động trên đa nền tảng như thế? Tất cả đều muốn có 1 nền tảng thống trị ở mức 100% để người phát triển phần mềm “đỡ khổ” mà khách hàng cũng không còn phải đau đầu lựa chọn.

Intel: Chưa hết hi vọng

Intel Atom: Có cố gắng, nhưng rõ ràng là chưa đủ, mà cũng có thể sẽ không bao giờ đủ.

Mặc dù những thông tin gần đây về việc Windows 8 đang “rục rịch” hỗ trợ thêm cả ARM thay vì chỉ 1 lối x86 như trước đây hoặc chuyện lời đồn đại về việc Apple cũng đang muốn hỗ trợ ARM trên các dòng laptop của mình đã dấy lên những mối lo ngại cho Intel về việc “lãnh địa” bất khả xâm phạm là PC đã bị ARM “thò chân rết”. Nhưng sự thực là khả năng xử lý của ARM chưa thể sánh được so với các CPU 8 nhân sử dụng kiến trúc x86, vì thế sự đe dọa của ARM đối với Intel cũng chưa lớn lắm.

Thậm chí ngay cả trên thị trường di động, thì x86 cũng chưa hẳn là đã hết hi vọng. Hãy nhớ rằng việc sử dụng kiến trúc xử lý x86 trên các CPU Atom đồng nghĩa với việc các thiết bị đó có thể chạy được Windows và phần mềm viết trên Windows thông qua giả lập(trong trường hợp máy không chạy Windows). Thử tưởng tượng một ngày nào đó chiếc iPhone của bạn có thể chơi Crysis ầm ầm. Tuyệt?

Việc Windows và Mac OS X bắt tay với ARM là một câu chuyện tuyệt vời nhưng lại không nằm trong khuôn khổ bài viết này. Tôi sẽ xin hẹn bạn đọc trong 1 bài viết khác về vấn đề đó.

Theo PLXH