Nghịch lý CPU: Số lượng thắng chất lượng

Công nghệ phần cứng càng phát triển kéo theo đó sẽ là cuộc cạnh tranh quyết liệt giữa các nhà sản xuất đặc biệt là lĩnh vực nghiên cứu chip xử lý.

Bây giờ, cuộc chiến không còn đơn thuần chỉ diễn ra giữa các hãng chip máy tính mà sân chơi dành cho lĩnh vực di động cũng phát triển nhanh chóng mặt. Hiện nay có thể kể đến 5 hãng sản xuất chip nổi tiếng thế giới là Intel, AMD, NVIDIA, Qualcomm, và Apple (Apple sẽ thuê một hay nhiều đối tác để gia công chip cho mình).

Tất cả các công ty này có sự khác nhau về cách phát triển bộ vi xử lý của họ, hay có những chiến lược dài hạn riêng. Tuy nhiên, trong tương lai họ vẫn có chung một mục đích là tạo ra những bộ xử lý đa lõi với hiệu năng cao và ít tiêu tốn năng lượng.

Đa lõi, đa luồng

Một câu hỏi lớn được đặt ra là chiến lược phát triển đa lõi và chiến lược sản xuất chip đơn hoặc ít lõi nhưng là các lõi hiệu năng cao thì cách nào tốt hơn. Ở thời điểm hiện tại, các ứng dụng vẫn chủ yếu chạy đơn luồng nghĩa là thường chỉ hoạt động trên một lõi duy nhất. Việc phát triển một ứng dụng đa luồng đích thực yêu cầu rất nhiều công đoạn phức tạp và tốn kém. Do đó, với một lõi hiệu năng cao, ứng dụng đơn luồng sẽ chạy trơn tru hơn trong khi dù chip có nhiều lõi xử lý thì cũng chưa chắc đảm bảo được điều này khi chạy ứng dụng tương tự.

Tuy nhiên, một vài năm sau có thể điều này không còn đúng nữa, bởi ngày càng có nhiều phần mềm được hỗ trợ đa luồng hơn để thích nghi với các vi xử lý nhiều lõi và tận dụng được khả năng xử lý đa luồng. Những phần mềm hỗ trợ đa luồng như convert video, nén dữ liệu, game… khi kết hợp tương thích với các bộ xử lý đa lõi sẽ mang đến một hiệu năng đáng kinh ngạc. Việc xử lý đa luồng đúng cách là khi khối lượng công việc được phân chia thành nhiều luồng khác nhau. Việc quét virus là một ví dụ, luồng GUI làm việc rất ít, trong khi luồng quét virus thực hiện một nhiệm vụ rất nặng và không có khả năng chia nhỏ ra và gửi đến các lõi khác. Do đó, tương lai phát triển của những ứng dụng đa luồng đã được thấy rõ vì vậy chúng ta thực sự vẫn cần những chip xử lý hỗ trợ nhiều lõi.

Tại sao nhiều lõi lại tốt hơn một lõi hiệu năng cao?

Đối với người dùng bình thường, hiệu suất lớn nhất mà họ đạt được khi lựa chọn một CPU đa lõi là tính đa nhiệm được cải thiện. Ví dụ, với một CPU đa lõi bạn sẽ thấy hiệu quả cao hơn khi xem DVD trong lúc máy vẫn đang được quét virus mà tốc độ không bị ảnh hưởng, bởi vì từng ứng dụng sẽ được gán trên các lõi khác nhau.

Ngoài ra, việc đặt nhiều lõi lên cùng một vi mạch sẽ giúp giảm không gian trên bản mạch chính khi có nhu cầu muốn sử dụng với số lượng CPU lõi đơn tương đương. Thêm nữa, lợi thế của việc sử dụng đa lõi trên cùng một vi mạch đương nhiên sẽ làm việc kết hợp cùng nhau chặt chẽ và nâng cao được hiệu quả hơn.

Khả năng tiết kiệm năng lượng cũng được phát huy thấy rõ đối với thiết kế này. Khi nhiều lõi cùng nằm trên một chip, xung tín hiệu truyền giữa các lõi sẽ ngắn hơn. Ngoài ra, đặc trưng của CPU đa lõi là chạy với điện năng thấp hơn vì công suất tiêu tốn để tín hiệu truyền trên dây bằng với bình phương điện áp chia cho điện trở trong dây, do đó điện năng thấp hơn sẽ dẫn đến kết quả là nguồn điện sử dụng ít đi.

Bộ xử lý đa lõi đang trở nên phổ biến và được sử dụng nhiều hơn. Hệ thống mạng có khả năng thay đổi từ trung tâm bộ nhớ sang trung tâm truyền thông và xử lý. Mạng lúc đó tất nhiên sẽ không phù hợp để sử dụng bộ xử lý lõi kép hay lõi tứ (ngoại trừ máy tính sử dụng thông thường). Trang thiết bị mạng của bạn lúc đó có thể sẽ cần 10 hay cả trăm lõi.

Kế hoạch hiện tại của các nhà sản xuất chip lớn

Theo bạn một chip xử lý nên có bao nhiêu lõi CPU là tốt nhất? Đó là câu hỏi thực sự khó trả lời và không có một quy chuẩn chung nào giữa các nhà sản xuất chip. Intel hiện đang duy trì giới hạn 4 lõi (các dòng chip cao cấp có thể lên tới 6 lõi), tuy nhiên dù cùng số lõi nhưng Intel luôn cố gắng cải tiến chất lượng từng lõi của mình theo thời gian. Trong khi đó, nVidia lại đang gia tăng số lượng các lõi. Qualcomm cũng làm điều tương tự với các bộ xử lý Snapdragon của mình, nhưng tốc độ khá chậm vì phụ thuộc nhiều vào thiết kế gốc của ARM. Apple cũng gia tăng số lõi trong các bộ vi xử lý iPhone / iPad của mình, nhưng tốc độ là chậm chạp hơn cả (hiện nay iPhone 5 cũng vẫn chỉ dùng chip lõi kép).

AMD cũng đang cố gắng để làm lõi CPU của họ tốt hơn, nhưng lộ trình rò rỉ đã cho thấy AMD vẫn muốn thêm lõi và tạo ra một bộ xử lý 10 lõi cho người tiêu dùng phổ thông. Hiện tại, AMD cũng đã công bố các chip máy chủ Opteron 6300 16 lõi.

Như vậy có thể thấy được mỗi nhà sản xuất có chung mục đích là tạo ra các chip xử lý tốt hơn nhưng có thể theo chiều hướng là tăng số lõi hay tăng chất lượng lõi hoặc thậm chí kết hợp cả hai. Chiến lược nào là tốt nhất? Ngay bây giờ, chúng ta chưa thể phán xét được, chúng ta chỉ có thể tìm hiểu dần dần bằng sự kiên nhẫn.

Theo GenK