“Chẻ” chip Intel 14nm với AMD 7nm để so sánh, có thật chip Intel lớn gấp đôi đối thủ?
Muốn xem thực sự chip Intel 14nm và AMD 7nm khác nhau về kích thước như thế nào, một YouTuber quyết định chẻ một mẩu silicon trên mỗi con chip để so sánh.
Trước đây khi các bóng bán dẫn vẫn ở cấu trúc phẳng 2D, các tên gọi tiến trình như 500nm hay 350nm cũng là chiều dài cực cổng, hay cực GATE – khoảng cách giữa cực nguồn (cực source) và cực máng (cực drain) trên bóng bán dẫn. Điều này cũng có nghĩa là chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn tiến trình 250nm có thể chỉ bằng so với chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn tiến trình 500nm.
Trở về thời hiệ tại, vậy điều này có phải có nghĩa là chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn trên con chip tiến trình 14nm của Intel sẽ dài gấp đôi cực Cổng trên bóng bán dẫn trên con chip tiến trình 7nm của AMD hay không?
Không hẳn như vậy. Từ sau tiến trình 22nm, các giới hạn vật lý về khoảng cách đã buộc hầu hết các nhà sản xuất chip chuyển sang sử dụng cấu trúc 3D dạng FinFET để tiếp tục thu hẹp bóng bán dẫn mà không phải thu hẹp chiều dài cực Cổng nữa. Vì vậy, mặc dù tên gọi tiến trình chip tiếp tục nhỏ hơn, như 14nm, 10nm, 7nm, chúng không còn đại diện cho kích thước cực Cổng hay bất cứ kích thước nào khác trên bóng bán dẫn nữa.
Bảng so sánh giữa tiến trình chip (node) và chiều dài cực Cổng của bóng bán dẫn (Gate-Length)
Để làm sáng tỏ điều này, một chuyên gia ép xung có nickname der8auer quyết định “chẻ” 2 CPU mới nhất của Intel và AMD để so sánh kích thước cực Cổng trên bóng bán dẫn của chúng với nhau.
So sánh bóng bán dẫn như thế nào?
Hai CPU được der8auer lựa chọn để so sánh là Intel Core i9-10900K và AMD Ryzen 9 3950X. CPU của Intel được sản xuất trên tiến trình 14nm còn đối thủ AMD của nó được sản xuất trên tiến trình 7nm của TSMC.
Điều cần chú ý là dù cùng là CPU x86, nhưng Intel và AMD lại có kiến trúc khác nhau, do vậy không phải bất kỳ chỗ nào trên con chip này cũng là các bóng bán dẫn – mà có thể là dây nối giữa các bóng bán dẫn với nhau. Do vậy, để việc so sánh được chính xác hơn, der8auer quyết định cắt một mẩu silicon trong phần bộ nhớ cache L1 – thiết kế của nó được tiêu chuẩn hóa cao hơn so với các bộ phận khác.
Clip so sánh chip Intel và AMD của der8auer
Dù chỉ gói gọn trong một clip dài khoảng 20 phút, nhưng trên thực tế, mỗi thao tác trong quá trình này – xẻ một rãnh trên bề mặt CPU, khắc và cắt thành một phiến đủ dài, tách nó ra khỏi CPU và sau đó gắn vào bộ khung cố định – đều kéo dài đến vài giờ. Cuối cùng anh thu được một phiến silicon dài khoảng 100 micromet. Nhưng để có thể nhìn xuyên qua nó bằng kính hiển vi điện tử, der8auer còn phải mài mỏng phiến silicon này đến độ dày từ 200nm đến 300nm.
Giờ anh đã có thể so sánh chúng với nhau.
Cực Cổng trên bóng bán dẫn là phần được đánh dấu bằng màu xanh trên hình vẽ.
Khác biệt giữa tiến trình 14nm và 7nm
Hóa ra sự khác biệt về chiều dài cực Cổng trên bóng bán dẫn giữa chip 14nm của Intel và chip 7nm của AMD không nhiều như người ta tưởng. Bóng bán dẫn trên con chip 14nm của Intel có chiều dài cổng 24nm, trong khi con chip 7nm của AMD cũng chỉ có chiều dài cổng 22nm. Chiều cao của cực Cổng giữa 2 con chip cũng tương tự nhau.
Chiều dài cực cổng trên chip Intel 14nm và AMD 7nm gần như tương đương nhau.
Khác biệt chủ yếu giữa chúng nằm ở khoảng cách giữa các Cổng này. So sánh giữa hai hình vẽ có thể thấy, rõ ràng khoảng cách giữa các cực Cổng – hay giữa các bóng bán dẫn – trên con chip 7nm của AMD ngắn hơn so với chip 14nm của Intel. Điều này cũng có nghĩa là con chip 7nm của AMD sẽ có mật độ bóng bán dẫn cao hơn nhiều so với chip 14nm của Intel.
Chiều cao cực Cổng trên bóng bán dẫn của chip Intel và AMD cũng tương tự nhau
Khoảng cách giữa các bóng bán dẫn trên chip AMD hẹp hơn, giúp mật độ bóng bán dẫn cao hơn
Nhưng rõ ràng kích thước bóng bán dẫn trên con chip 7nm của AMD không hề bằng so với bóng bán dẫn trên con chip 14nm của Intel giống như tên gọi tiến trình công nghệ của nó. Con số này cũng không còn đại diện cho chiều dài cực Cổng hay kích thước nào trên bóng bán dẫn. Tên gọi của các tiến trình hiện giờ chỉ là sự kế tục từ công nghệ trước đó.
Trong khi tên gọi tiến trình giờ không còn quan trọng nữa, một thước đo khác giờ quan trọng hơn đối với mỗi công nghệ chip là mật độ bóng bán dẫn trên mỗi mm 2 , do chính các nhà sản xuất chip công bố. Hiện cả tiến trình 10nm mới của Intel và 7nm của TSMC đều có mật độ khoảng 90 triệu bóng bán dẫn trên mỗi mm 2 – hay 90MT/mm 2 . (Trong khi đó tiến trình 14nm của Intel đang có mật độ bóng bán dẫn khoảng 37,5MT/mm2).
Intel đang hướng tới việc ra mắt chip trên tiến trình 7nm với mật độ khoảng 150 MT/mm 2 nhưng có thể phải đến cuối 2022 hoặc đầu 2023 nó mới xuất hiện. Trong khi đó, cả TSMC và Samsung hiện đang đạt tới tiến trình 5nm với mật độ khoảng 173 MT/mm 2 và 126 MT/mm 2 .
Hóa ra Apple đã định "hất cẳng" Intel từ năm 2011
Nghĩa là Apple đã dành ra gần một thập kỷ để chuẩn bị cho việc ra mắt máy Mac dùng chip ARM do công ty tự phát triển.
Trong một cuộc phỏng vấn mới đây, cựu kỹ sư Intel, Franois Piednol, cho biết, quá trình kiểm soát chất lượng tồi tệ của dòng chip Intel SkyLake ra mắt từ năm 2015 đã trở thành động lực thúc đẩy Apple tự thiết kế bộ xử lý riêng dành cho máy tính Mac. Và 5 năm sau khi nghiên cứu phát triển, Apple đã chính thức giới thiệu các máy tính Mac với bộ xử lý M1 trên nền ARM có hiệu năng vượt mặt nhiều thiết bị dùng chip x86 hiện nay.
Nhưng trên thực tế, các tin đồn về việc từ bỏ chip Intel để chuyển sang dùng chip ARM đã xuất hiện từ năm 2011 - chỉ một năm sau khi Apple ra mắt bộ xử lý đầu tiên do họ tự phát triển, chip Apple A4 trên iPad thế hệ đầu tiên.
Dĩ nhiên các tin đồn đó đều không chính xác về thời điểm ra mắt sản phẩm, nhưng nó cho thấy, dự định tự phát triển bộ xử lý riêng cho máy tính Mac đã được Apple ấp ủ từ lâu - từ khi Steve Jobs vẫn còn sống và có lẽ không ai khác, chính ông là người đã vạch ra kế hoạch đó.
Tin đồn từ năm 2011
Tháng 5 năm 2011, trang SemiAccurate với một số dự báo khá chính xác trước đó, khẳng định chắc nịch: " Nói ngắn gọn, x86 đã là lịch sử trên laptop Apple, hoặc sẽ như vậy trong vòng 2-3 năm tới. Trong bất cứ trường hợp nào, điều này đã xong. Intel sẽ ra đi và chip của Apple sẽ đến. Câu hỏi duy nhất lúc này liệu họ sẽ sử dụng nhân của riêng mình, nhân của Samsung, hay một nhân ARM phổ biến nào đó. Tôi đoán họ sẽ dùng nhân chung trong lần đầu tiên, với một bộ phận tùy chỉnh, và tích cực chuyển sang các tính năng độc quyền trong các thế hệ kế tiếp ."
Rõ ràng điều này đã không xảy ra. Nhưng cùng thời điểm đó, nhiều tin đồn khác cho thấy Apple đã bắt tay vào quá trình chuyển đổi này - từ rất lâu trước khi sự thất vọng với các con chip của Intel xuất hiện.
Cũng trong tháng 5 năm 2011, Mac Otakara, blog về chuyên về Apple cũng cho biết: " Một nguồn tin ẩn danh cho biết thêm nhiều thông tin hơn. Apple đã thử nghiệm MacBook Air có cổng Thunderbolt chạy trên bộ xử lý A5. Nguồn tin này cho biết đã nhìn thấy chiếc MacBook Air A5 thực ở ngoài đời, và nó nó hiệu năng tốt hơn kỳ vọng ." (Apple A5 là bộ xử lý cho iPhone 4S và iPad 2).
Trong tháng 8 năm 2011, một tài liệu được Đại học Công nghệ Delfte của Hà Lan công bố với tựa đề "Porting Darwin to the MV88F6281". (Darwin là một bộ các thành phần cốt lõi trong hệ điều hành MacOS, iOS, ... của Apple). Tác giả của tài liệu này, T.F. Schaap cho biết: " Tôi đã làm việc cho nhóm công nghệ nền tảng Platform Technologies Group trong 12 tuần, để port Darwin lên MV88F6281. MV88F6281 là bộ xử lý tương thích ARMv5, với nhân Sheeva tùy chỉnh bên trong. Mục tiêu của dự án này là xây dựng Darwin và khởi động nó trên một thiết bị nhiều người dùng khác nhau. "
Mãi đến tháng 5 năm 2014, các tin đồn về máy Mac dùng chip ARM mới xuất hiện trở lại trên trang Macbidouille.com, khi trang này cho biết: " Ở mức độ phần cứng, họ đã có các nguyên mẫu tiên tiến với nhiều loại máy khác nhau. iMac sẽ có các bộ xử lý ARM 64 bit với 4 hoặc 8 nhân. Máy Mac Mini sẽ có bộ xử lý 4 nhân ARM 64 bit, một laptop 13 inch cũng có bộ xử lý ARM 64 bit với 4 hoặc 8 nhân ."
Đến tháng 1 năm 2015, nhà phân tích Ming-Chi Kuo, ở một trong những lần dự báo sai hiếm hoi của mình, cho biết: " Apple có thể ra mắt máy Mac dùng chip riêng trong vòng 2-3 năm tới. Dự báo này dựa trên giả định rằng chip do Apple tự phát triển có hiệu năng nằm ở mức độ giữa chip Atom và Core i3 của Intel và đủ tốt cho máy Mac. Sử dụng chip tự phát triển có thể giúp Apple kiểm soát tốt hơn thời điểm ra mắt máy Mac và các tính năng trên đó ."
Nhưng sau đó các tin đồn về máy Mac dùng chip ARM do Apple tự phát triển lại tiếp tục rơi vào im lặng. Các tin đồn này chỉ xuất hiện dồn dập hơn từ cuối năm 2017 và kéo dài cho đến nay.
Tin đồn đã có từ lâu, tại sao bây giờ Apple mới chính thức công bố?
Nếu các tin đồn này chính xác, có thể thấy mẫu máy tính Mac dùng chip ARM của Apple đã thành hình từ khá lâu chứ không chỉ sau khi thất vọng về chất lượng tệ hại của các con chip Intel. Nhưng điều gì khiến Apple trì hoãn việc ra mắt chính thức các máy tính đó đến tận bây giờ?
Cho dù tự phát triển được bộ xử lý riêng từ lâu, nhưng có lẽ các con chip đó chỉ "đủ tốt" về thời lượng pin, chứ không thể vượt qua được các CPU Intel về hiệu năng. Hơn thế nữa, với định hướng tạo ra một máy tính tốt nhất với mức giá cao cho những người dùng chuyên nghiệp, như các nhà phát triển, các nhà sáng tạo nội dung, ... việc mang đến một chiếc máy "đủ tốt" cho các nhu cầu cơ bản là không đủ.
Có lẽ vì vậy, Apple đã quyết định đợi đến khi các con chip nền ARM do họ tự phát triển đủ sức mạnh vượt qua cả các bộ xử lý x86 của Intel rồi mới chính thức ra mắt. Quan niệm thông thường của giới công nghệ vẫn cho rằng, các bộ xử lý ARM chỉ có lợi thế về tiết kiệm năng lượng, còn các chip x86 như của Intel và AMD mới có lợi thế về hiệu năng.
Do vậy, nếu không ra mắt một bộ xử lý có thể thay đổi quan niệm này, sẽ rất khó thuyết phục các nhà phát triển xây dựng ứng dụng cho nó trên nền bộ xử lý mới - một trong những yếu tố đang khiến các máy tính Windows chạy ARM bị người tiêu dùng ghẻ lạnh khi chỉ đáp ứng được các tác vụ đơn giản, còn các nhà phát triển cũng không mặn mà xây dựng ứng dụng mới cho nó.
Đây có lẽ chính là động lực giúp bộ phận phát triển chip của Apple liên tục ra mắt các thế hệ bộ xử lý mới ngày càng mạnh hơn qua từng năm trên iPhone, dù hiệu năng của chúng kết hợp với hệ điều hành Apple tự phát triển đã vượt xa các đối thủ Android từ lâu. Mục tiêu không chỉ là đánh bại Qualcomm, mà còn vượt mặt cả Intel nữa.
Trên thực tế, quá trình chuẩn bị lâu dài cho các sản phẩm mới của Apple không phải là điều quá xa lạ. Điều này là một phần trong chiến lược "suy nghĩ đi trước thời đại" được Steve Jobs vạch ra cho Apple. Ví dụ, thiết kế của iPad đã được đăng ký bản quyền từ 2004 nhưng phải 6 năm sau, thiết bị này mới ra mắt trên thị trường.
Quá trình chuẩn bị lâu dài - từ năm 2011 đến nay - cho thấy, việc Apple thay thế Intel bằng chip của mình chỉ là chuyện sớm muộn mà thôi. Nhưng nếu Intel vẫn tiếp tục đổi mới, hoàn thiện hơn sản phẩm của mình, thay vì dừng lại và tận hưởng vinh quang, có lẽ đến bây giờ các máy tính Mac dùng chip M1 của Apple vẫn chưa xuất hiện.
APPLE hoàn thành tâm nguyện của STEVE JOBS M1 chính là câu trả lời cho canh bạc cuối cùng của Steve Jobs: thách thức khái niệm máy tính truyền thống. Ngày 11/11, Apple đã giới thiệu 3 sản phẩm mới gồm MacBook Air, MacBook Pro 13 inch và Mac mini với M1, chip xử lý tự phát triển của hãng trên kiến trúc ARM. Đây là những bước đầu tiên trong...