Trong nhiều thập kỷ qua, kiến trúc x86 của Intel đã thống trị thế giới điện toán, cung cấp sức mạnh cho mọi thiết bị từ những chiếc laptop cơ bản nhất đến các máy chủ trung tâm dữ liệu mạnh mẽ. Tuy nhiên, một cuộc cách mạng thầm lặng đã và đang diễn ra ở hậu trường: kiến trúc Arm. Thực sự bùng nổ trong kỷ nguyên smartphone, Arm hiện đang giành được chỗ đứng quan trọng trong các lĩnh vực điện toán chính thống mà trước đây dường như là điều không tưởng. Đến mức, có cảm giác như sự thống trị của x86 đang dần đi đến hồi kết.
Có rất nhiều lý do để tin vào điều này, và viễn cảnh này không còn xa vời như chỉ vài năm trước. Bước chuyển mình vĩ đại của Apple sang Arm với dòng chip M-series Apple Silicon SoC chắc chắn đã tạo ra một xu hướng. Trong khi đó, việc Microsoft tái thúc đẩy Windows on Arm cho thấy gã khổng lồ phần mềm này cũng nhìn thấy giá trị ở kiến trúc này một lần nữa. Và hai sự thay đổi mang tính công nghiệp này chỉ là phần nổi của tảng băng chìm.
Sự Hậu Thuẫn Mạnh Mẽ Từ Ngành Công Nghiệp Là Minh Chứng Rõ Ràng Cho Arm
Gần như mọi ông lớn (trừ Intel) đều hướng về Arm
Một trong những dấu hiệu rõ ràng nhất cho sự trỗi dậy của Arm là số lượng các công ty đang sản xuất chip dựa trên kiến trúc này, và số lượng đó đã tăng lên đáng kể trong thập kỷ qua. Ở phía x86, chỉ có hai nhà sản xuất lớn là Intel và AMD. Ngược lại, hệ sinh thái Arm tự hào có một cộng đồng các nhà thiết kế chip đông đảo. Một số tên tuổi lớn nhất trong làng công nghệ đang chế tạo bộ xử lý hiệu năng cao dựa trên Arm: Apple đã thay thế CPU Intel trong máy Mac bằng chip M-series tự phát triển; Qualcomm đang phát triển dòng chip “X” riêng cho Windows on Arm; và thậm chí Amazon cũng đang xây dựng chip Arm “Graviton” cho điện toán đám mây của mình.
Thực tế, nhìn xa hơn Intel và AMD, hầu hết các nhà sản xuất chip lớn đều đang sản xuất chip dựa trên Arm. Ngay cả Nvidia, công ty gần đây vừa mua khoảng 5% cổ phần của Intel và đầu tư 5 tỷ USD vào công ty này với lời hứa ra mắt SoC x86 tích hợp chiplet RTX, cũng đã sản xuất chip Tegra dựa trên Arm từ khá lâu. Đừng quên rằng Nvidia thậm chí đã cố gắng mua lại Arm vài năm trước, và cũng đang sử dụng CPU dựa trên Arm cho các chip “Grace” của mình nhắm đến máy chủ.
Nintendo Switch 2 với game Mario Kart World thể hiện sự phổ biến của chip Arm trong console cầm tay.
Điều đáng nói là ngay cả các máy chơi game console cũng phản ánh sự phân chia này. Trong khi Nintendo Switch và Switch 2 đều dựa trên Arm nhờ Nvidia, Nintendo đã sử dụng chip Arm cho các thiết bị cầm tay của mình từ thời Game Boy Advance. Các thế hệ DS, DS Lite và 3DS đều được trang bị chip Arm, với một số được sản xuất bởi các công ty khác và một số được cấp phép trực tiếp từ Arm. Trong khi đó, PlayStation và Xbox vẫn chạy trên CPU x86 tùy chỉnh, nhưng cách đây không lâu, các console và thậm chí cả máy Mac đời cũ của Apple vẫn còn sử dụng PowerPC.
Vấn đề với x86 là nó về cơ bản là một “câu lạc bộ đóng”. Ngược lại, mô hình cấp phép của Arm cho phép một số lượng lớn các công ty tham gia và thiết kế chip riêng dựa trên tập lệnh (ISA) của Arm. Bước đi của Apple đặc biệt gây sốc, nhưng cũng giống như “con chim hoàng yến trong mỏ than” cho x86. Có những điểm cần lưu ý: Apple là đồng sáng lập của Arm và có thể có quyền lực đáng kể trong việc đàm phán các thỏa thuận cấp phép cho IP của Arm, cộng thêm việc họ không còn phải trả tiền cho Intel cho CPU của mình, nhưng còn nhiều điều hơn thế nữa.
Tại sao Apple chuyển sang Arm lại là “con chim hoàng yến trong mỏ than” cho x86?
Khi Apple lần đầu tiên công bố ý định chuyển từ PowerPC sang x86 tại WWDC 2005, PowerPC đang ở một vị trí khá kỳ lạ. Ngoài Apple, việc sử dụng nó gần như chỉ giới hạn ở các máy chơi game console đầu đến giữa thập niên 2000 và, thú vị thay, các robot thám hiểm sao Hỏa Curiosity và Perseverance. Tuy nhiên, sự chuyển dịch của Apple là kết quả của một xu hướng công nghiệp chung, vì tất cả các nền tảng máy tính cá nhân khác đều đang chạy x86 vào thời điểm đó.
Lần này thì khác: thay vì đi theo sau thời đại, Apple đã quyết định đi đầu. Việc chuyển sang Arm đã mang lại những lợi ích rõ ràng, chẳng hạn như hiệu quả năng lượng, khả năng tản nhiệt và hiệu năng. Ở giai đoạn này, mọi dòng sản phẩm lớn của Apple đều có ít nhất một tùy chọn dựa trên Arm trên thị trường. Sau đó, Qualcomm đã mua lại startup Nuvia với giá 1.4 tỷ USD, công ty này được thành lập bởi các nhà thiết kế chip cũ của Apple, và điều này báo hiệu rằng một số tài năng hàng đầu và nhà thiết kế chip hiện đang tập trung vào không gian Arm, chứ không phải x86.
Biểu đồ so sánh hiệu năng của chip Apple M1 Ultra với card đồ họa RTX 3090, minh chứng sức mạnh của kiến trúc Arm.
Cuối cùng, do tình trạng cấp phép của x86, một công ty muốn tự sản xuất silicon của riêng mình thậm chí còn không có khả năng sử dụng nó. Thay vào đó, mọi nỗ lực đều đổ dồn vào Arm (hoặc, trong một số trường hợp, RISC-V), điều này đồng nghĩa với việc những tiến bộ tiên tiến nhất trong điện toán và phát triển chip đang diễn ra trên Arm.
Rào Cản Phần Mềm Không Còn Là Vấn Đề Lớn Như Trước
Phần mềm Native và Lớp Dịch Giả: Mở Ra Nhiều Khả Năng Mới
Khi một nhà phát triển biên dịch phần mềm, họ phải xác định một “mục tiêu”. Mục tiêu này là nền tảng mà mã dự kiến sẽ chạy trên đó, vì mã bạn viết chỉ là một bản trừu tượng cho những gì sẽ được biên dịch thành ngôn ngữ assembly mà kiến trúc CPU của bạn hiểu. Các tập lệnh CPU tồn tại cho Arm không tồn tại cho x86, và ngược lại. Khi Windows on Arm lần đầu tiên cất cánh với Windows 10, nhiều ứng dụng phổ biến nhất đơn giản là không chạy native, và quá trình “dịch giả” (diễn giải các lệnh được xây dựng cho x86 và chuyển đổi chúng ngay lập tức sang các lệnh Arm) thì chậm và chỉ hỗ trợ ứng dụng 32-bit.
Nỗ lực trước đây của Microsoft, Windows RT, thậm chí còn tệ hơn. Ra mắt cùng với Windows 8, nó được thiết kế cho các thiết bị dựa trên Arm và ra mắt cùng với Microsoft Surface RT. Tuy nhiên, nó chỉ có thể chạy các ứng dụng từ Microsoft Store và không có khả năng dịch giả nào cả. Các ứng dụng thường không được xây dựng cho Arm, vậy thì mục đích là gì?
Cách tiếp cận của Apple đã thành công hơn đáng kể, và mặc dù chắc chắn có yếu tố thời điểm của ngành công nghiệp (những nỗ lực trước đây của Microsoft đơn giản là quá sớm), Apple cũng đã làm mọi thứ khác đi. Bộ dịch giả Rosetta 2 của Apple đã có sẵn ngay từ ngày đầu cho máy Mac chạy chip M1, được hỗ trợ bởi tăng tốc phần cứng để dịch các lệnh x86 sang Arm, mang lại trải nghiệm hoàn toàn liền mạch. Các ứng dụng nhanh chóng được xây dựng cho Arm, nhưng ngay cả những ứng dụng không được xây dựng cũng thường chạy mà không gặp trở ngại nào.
Thiết bị tham chiếu Snapdragon X Elite QRD-12 cho thấy tiềm năng của chip Arm trên nền tảng Windows.
Sự tập trung mới của Microsoft vào Windows on Arm đã thành công hơn nhiều, cải thiện đáng kể khả năng dịch giả và bổ sung hỗ trợ 64-bit. Các ứng dụng chính như bộ Microsoft Office đầy đủ, Adobe Photoshop và Lightroom, Chrome và Firefox, cùng nhiều ứng dụng khác hiện đã có phiên bản native cho Arm. Ngay cả một số nền tảng chơi game cũng đang thử nghiệm với nó, và khả năng giả lập được cải thiện của Windows on Arm có thể lấp đầy những khoảng trống ở nhiều nơi. Chắc chắn vẫn có những trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như một số trình điều khiển và phần mềm rất cũ, nhưng những vấn đề này thường được khắc phục hoặc có thể được giải quyết theo cách này hay cách khác.
Một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc áp dụng Arm là tình huống “con gà quả trứng”, khi các nhà phát triển cần lý do để xây dựng và duy trì ứng dụng cho Arm trong khi người dùng không có, nhưng người dùng không có chủ yếu là do thiếu phần mềm. Ngay cả khi nói đến trò chơi, một trở ngại chính có thể là thiếu hỗ trợ chống gian lận trong các tựa game hàng đầu mà người dùng muốn chơi. Tuy nhiên, thiếu hỗ trợ chống gian lận không phải là một hạn chế cố hữu như với Linux; thay vào đó, nó liên quan đến phần cứng khác biệt đáng kể, vì nhiều giải pháp chống gian lận sẽ hoạt động gần với phần cứng hơn để quét bộ nhớ và theo dõi các tiến trình.
Mọi Con Đường Công Nghiệp Đều Dẫn Đến Arm
Ngay cả AMD cũng thể hiện sự quan tâm đến Arm
Có cảm giác như mọi ông lớn đều ít nhất đã thử sức với Arm, trong khi một số khác thì đặt cược toàn bộ vào nó. Bước đi lớn của Apple sang Arm là một cú sốc, chứng minh rằng kiến trúc này khả thi như một kiến trúc cấp PC. Trong khi đó, Microsoft đã quay trở lại với Windows on Arm và hoàn thiện nó, cải thiện khả năng tương thích và thậm chí ra mắt những chiếc máy tính “Copilot+” đầu tiên của mình với Snapdragon X Elite dựa trên Arm của Qualcomm.
Khi nói đến Qualcomm, họ đã đặt cược lớn vào Windows on Arm. Cả CEO của Qualcomm và Arm đều dự đoán vào năm ngoái rằng lên đến 50% lượng PC xuất xưởng có thể dựa trên Arm trong vòng 5 năm, đây chắc chắn là một tuyên bố đầy tham vọng nhưng cho thấy sự tự tin. Thêm vào đó, Microsoft đã có thỏa thuận độc quyền với Qualcomm mà theo báo cáo đã hết hạn vào năm 2024 khi nói đến Windows on Arm.
Sự hợp tác gần đây của Nvidia với Intel đã gây ra một chút xáo trộn trong vấn đề đó, nhưng nó cũng chứng minh rằng các SoC tích hợp, hiệu quả là không thể tránh khỏi ngay cả trong thế giới x86. Nvidia vẫn có thể thiết kế chip Arm của riêng mình, và mặc dù tương lai của chip N1X tin đồn nhắm đến Windows on Arm có thể đang bị treo lơ lửng, Nvidia đã xây dựng các máy chủ tập trung vào AI sử dụng CPU Arm kết hợp với công nghệ GPU của mình, và điều đó khó có thể biến mất trong một sớm một chiều.
Tuy nhiên, có một công ty khác đã hoạt động thầm lặng trong không gian Arm mà có thể gây bất ngờ, đó là AMD. Mặc dù là nhà sản xuất chip x86 chính thống duy nhất khác, AMD đã thử sức với Arm theo thời gian. Bộ xử lý Opteron A của họ, dựa trên nhân Arm Cortex-A57, đã được phát hành vào năm 2016, và AMD cũng công bố K12 vào năm 2014, mặc dù chính thức hủy bỏ nó vào năm 2023. Jim Keller, cựu nhà phát triển chính của kiến trúc Zen của AMD và thường được ghi nhận một phần công lao trong việc khôi phục mảng kinh doanh chipset của AMD, đã gọi K12 là “bị hủy bỏ một cách ngu ngốc.” Hơn nữa, ông tuyên bố rằng sự khác biệt chính giữa kiến trúc Zen mô-đun và chipset Arm K12 là bộ giải mã, vì hầu hết các yếu tố khác của chip đều giống nhau.
Hình ảnh minh họa tầm nhìn công nghệ của Nvidia, gợi ý sự liên kết giữa các ông lớn trong cuộc đua chip Arm.
Các báo cáo gần đây đã gợi ý rằng Arm đang trở lại trong thực đơn của AMD. Mặc dù chúng ta đã trải qua vài thế hệ kể từ công việc của Keller trên kiến trúc Zen, nhưng khẳng định của ông rằng việc chuyển đổi từ x86 sang Arm sẽ khá đơn giản có thể vẫn đúng cho đến ngày nay – ngay cả khi Zen 5 là một sự tái cấu trúc kiến trúc đáng kể. Hơn nữa, MediaTek đã công khai hợp tác với Nvidia trên cả dự án GB10 Grace Blackwell và, theo báo cáo riêng tư, chip N1X đã đề cập trước đó. Nếu Arm là tương lai (và nhiều công ty dường như nghĩ vậy), AMD sẽ không muốn bị bỏ lại trong cuộc đua Windows on Arm.
Một sự thay đổi lớn đã diễn ra trong điện toán từ rất lâu, và tốc độ này chỉ càng nhanh hơn theo thời gian. Nó cũng đã kéo dài hơn hai mươi năm. Việc Arm được sử dụng trong các thiết bị chơi game cầm tay đến smartphone, và sau đó là laptop và trung tâm dữ liệu đã hợp pháp hóa nó như một nền tảng mà hầu hết mọi thứ không sử dụng x86 đều đang sử dụng Arm. Amazon với Graviton, ô tô Tesla cho hệ thống thông tin giải trí và tự lái, và thậm chí tủ lạnh từ LG đều đang sử dụng Arm.
x86 sẽ không biến mất, nhưng Arm đang là động lực cạnh tranh
Để rõ ràng, tôi không nghĩ x86 sẽ biến mất trong thời gian tới, cũng như nó sẽ không bao giờ thực sự biến mất. Ngay cả ngày nay, bạn vẫn sẽ tìm thấy kiến trúc mainframe hàng chục năm tuổi của IBM sâu trong phòng máy chủ của một số công ty. Và trong trường hợp này, x86 đã quá lớn trong một thời gian dài đến nỗi khó có thể… biến mất.
Biểu đồ hiệu năng của các nhân E và P trên chip Intel Lunar Lake, thể hiện nỗ lực cạnh tranh về hiệu quả năng lượng với Arm.
Arm đã và đang giành được vị thế ở mọi hạng mục, và các xu hướng máy tính để bàn tiêu dùng thường không quá xa so với phần còn lại của ngành. Chúng ta đã thấy phản ứng của Intel và AMD đối với Arm, với những nỗ lực tối đa hóa hiệu quả năng lượng mà, công bằng mà nói, đã thực sự hiệu quả, nhưng vẫn không thể sánh được với thời lượng pin và khả năng tản nhiệt đáng kinh ngạc của Apple Silicon dựa trên Arm.
Hiện tại, sự cạnh tranh đang buộc Intel và AMD phải nâng cao trình độ. Điều đó luôn là một điều tốt cho người tiêu dùng bất kể thế nào, và chúng ta thậm chí có thể thấy nhiều nhân thiết kế tùy chỉnh hơn trong tương lai. Hơn nữa, chúng ta thậm chí còn chưa nói về RISC-V, kiến trúc tập lệnh mã nguồn mở vẫn có thể gây ra mối đe dọa nhưng hiện đang gặp phải tình trạng phân mảnh và thiếu sự chấp nhận. Một thập kỷ tới, chúng ta có thể đang nói về cuộc chiến kiến trúc ba bên giữa RISC-V, Arm và x86. x86 vẫn có chỗ đứng khi nói đến các tác vụ tính toán số lượng lớn đáng kể, nhưng Arm đã mở đường như một giải pháp thay thế khả thi, mạnh mẽ và hiệu quả trong thực tế mọi phân khúc điện toán có thể tưởng tượng được.
Kết Luận: Tương Lai Đa Kiến Trúc và Lợi Thế Của Arm
Rõ ràng, kiến trúc Arm đã trải qua một hành trình phát triển ấn tượng, từ một giải pháp chủ yếu dành cho thiết bị di động trở thành một đối thủ đáng gờm, sẵn sàng thách thức vị thế thống trị của x86 trong nhiều lĩnh vực điện toán. Sự hậu thuẫn mạnh mẽ từ các ông lớn công nghệ như Apple, Microsoft, Qualcomm, Amazon và thậm chí là sự quan tâm từ Nvidia hay AMD, đã củng cố vị thế của Arm. Rào cản về phần mềm cũng đang dần được gỡ bỏ nhờ các lớp dịch giả hiệu quả và sự gia tăng của ứng dụng native.
Mặc dù x86 sẽ không biến mất hoàn toàn và vẫn giữ vai trò quan trọng trong các tác vụ chuyên biệt, nhưng Arm đang thúc đẩy một làn sóng cạnh tranh lành mạnh, buộc các nhà sản xuất chip phải đổi mới và tập trung vào hiệu quả năng lượng. Tương lai của ngành bán dẫn có thể sẽ chứng kiến một cuộc chiến đa kiến trúc thú vị, với RISC-V là một nhân tố tiềm năng khác. Tuy nhiên, như lịch sử công nghệ đã chỉ ra, một khi đà phát triển đã dịch chuyển, rất khó để đảo ngược. Và đà phát triển chắc chắn đang nghiêng về phía Arm ngay lúc này. Hãy cùng trithuccongnghe.net theo dõi những bước tiến tiếp theo của cuộc cách mạng kiến trúc CPU này nhé!