Chip dựa trên cấu trúc x86 và cấu trúc ARM là gì? Đâu mới là con chip mạnh hơn và có tiềm năng phát triển lâu dài hơn trong tương lai?

Với sự ra mắt của chip xử lý trên nền cấu trúc ARM, liệu bộ vi xử lý này có mang lại sức mạnh tốt hơn? Hay chip dựa trên cấu trúc x86 vẫn chiếm được ưu thế? Cấu trúc x86 thường tập trung vào hiệu năng xử lý cao trong khi chip dựa trên ARM thường nhắm tới hiệu suất năng lượng.

Trong những năm gần đây, thị trường chip dành cho máy tính đang diễn ra sôi nổi hơn bao giờ hết khi các hãng như Intel, AMD đã cho ra mắt nhiều mẫu CPU với hiệu năng mạnh mẽ. Đặc biệt trong năm 2020, Apple đã tham gia vào cuộc chơi với con chip Apple M1 dựa trên cấu trúc của ARM, khác biệt hoàn toàn so với cấu trúc x86 được các nhà sản xuất chip truyền thống tin dùng. Vậy khi Apple đem cấu trúc ARM áp dụng vào chip cho máy tính thì sẽ có gì khác biệt gì so với cấu trúc x86 truyền thống? Ai sẽ mạnh hơn?

Lưu ý: Trong bài viết này, mình sẽ gọi nhanh chip sử dụng kiến trúc x86 là chip x86 và chip sử dụng kiến trúc ARM là chip ARM.

Chip x86 là gì? Cách hoạt động của con chip này ra sao?

Trong thực tế, Chip x86 là tên gọi thường được dùng để ám chỉ các chip được sản xuất trên cấu trúc x86, là một cấu trúc được cho ra mắt bởi Intel vào những năm 1978. Sau này, cấu trúc x86 được nhượng bản quyền lại cho các nhà sản xuất chip khác như AMD sử dụng. Trên thị trường hiện nay, các con chip dựa trên x86 thường được thấy bao gồm các dòng chip Intel Core i (Core i3, i5 ,i7,...) từ Intel và các dòng chip Ryzen, Threadripper, EPIC từ AMD.

Chip dựa trên x86 sẽ xử lý các tác vụ và thông tin theo kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computing) chuyên xử lý các tập lệnh phức tạp với mỗi tập lệnh có thể thực hiện nhiều phép toán cùng một lúc. Từ đó, chúng ta có thể thấy được rằng chip x86 sẽ tối ưu tốc độ xử lý và tiết kiệm bộ nhớ RAM hơn.

Vào thời kỳ đầu của công nghiệp máy tính, mỗi byte bộ nhớ RAM còn quá đắt làm cho bộ nhớ vốn đã chậm lại còn ít, nên một tập lệnh có thể thực hiện được nhiều phép toán và được nén tốt của kiến trúc CISC sẽ giúp cải thiện mật độ thông tin trong một mã lệnh. Điều này sẽ dẫn đến kết quả là kích thước của các chương trình nhỏ hơn. Ngoài ra, một mã lệnh thực hiện được nhiều phép toán sẽ giúp giảm đáng kể số lần phải truy cập vào bộ nhớ chậm chạp. Do vậy sẽ giúp giảm chi phí cho bộ nhớ và tăng tốc độ thực thi.

Chip ARM là gì? Cách hoạt động của con chip này ra sao?

Cũng như chip x86, chip ARM chỉ là một cách thường gọi các chip được sản xuất trên cấu trúc ARM. Cấu trúc ARM sẽ được nhượng quyền cho các nhà sản xuất chip để họ có thể tùy biến, thêm các bộ phận như RAM, GPU,... để tạo ra System on Chip (SoC).

Mình đoán chắc bạn cũng đã nghe qua CPU với cấu trúc ARM trên các mẫu điện thoại thông minh, máy tính bảng, thậm chí là laptop. Ví dụ như là chip Qualcomm SQ2 được trang bị trên Surface Pro X hay con chip M1 từ nhà Apple trên những dòng sản phẩm như Mac Mini, MacBook Air/MacBook Pro, iPad Pro,...

Về cách hoạt động, chip ARM sẽ xử lý các tác vụ, thông tin theo kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computers) chuyên giải quyết các tập lệnh nhỏ và đơn giản hơn so với CISC của chip x86. Bên cạnh đó, các phần mềm dành cho chip ARM được lập trình tối ưu đặc biệt, rõ ràng từ những tác vụ lớn tới tác vụ nhỏ nhất. Nhờ vậy, chip ARM có tốc độ xử lý rất nhanh và thậm chí con chip này còn xử lý ngầm trước các tác vụ liên quan. Tuy nhiên, hệ thống sẽ cần sử dụng nhiều RAM hơn để có thể xử lý.

Vậy con chip nào mạnh và tốt hơn?

Thực chất, vẫn còn nhiều người cho rằng chip x86 là phải mạnh, còn chip ARM là phải cùi bắp hơn nhưng sự thật thì không phải lúc nào cũng như vậy. Cách đây khoảng 10 năm thì thị trường máy tính lúc này vẫn đang phát triển mạnh và những con chip được phát triển cho máy tính thường ưu tiên sử dụng cấu trúc x86 thay vì ARM (lý do là vì cấu trúc này có hiệu năng mạnh, tiết kiệm bộ nhớ RAM - một trong những linh kiện cực kỳ đắt đỏ thời đó).

Tuy nhiên, các tập lệnh của bộ xử lý ngày càng trở nên lớn hơn và phức tạp hơn. Trong khi đó, để CPU có thể thực thi được một tập lệnh phức tạp đó thì phải cần thực thi thêm 3 đến 4 tập lệnh đơn giản khác. Do vậy, trong trường hợp cần thực thi các tác vụ đơn giản, một tập lệnh phức tạp sẽ không hiệu quả bằng một chuỗi các tập lệnh đơn giản hơn. Ngoài ra, việc CPU cần hàng chục xung nhịp chỉ để thực thi một lệnh duy nhất cũng làm CPU tiêu tốn năng lượng hơn.

Nói một cách đơn giản hơn thì những con chip x86 đã lộ rõ điểm yếu của mình, đó là tiêu tốn năng lượng và xử lý các chuỗi tập lệnh đơn giản không hiệu quả. Tuy nhiên, chính những yếu điểm đó lại điểm mạnh của chip ARM. Đồng thời, sự lên ngôi thị trường di động cùng ngành sản xuất chip di động đã giúp cho cấu trúc ARM được sử dụng ngày càng rộng rãi hơn.

Bên cạnh đó, một trong những yếu tố quyết định sức mạnh của CPU là thành phần bên trong, điển hình là vi kiến trúc (các bạn có thể xem tại bài viết này để hiểu rõ hơn). Trong khi chip x86 không cải tiến quá nhiều về vi kiến trúc thì chip ARM lại trái ngược hoàn toàn. Những thành phần như bộ đệm, bộ dự đoán nhánh, tiến trình, bộ thực thi,... trong những con chip ARM ngày nay đang được hoàn thiện tốt hơn và mạnh mẽ hơn.

Như mình đã nói ở trên, thị trường di động ngày càng phát triển mạnh hơn và điều này cũng dẫn đến việc những nhà phát triển phần mềm sẽ tối ưu tốt hơn cho các thiết bị di động sử dụng chip ARM. Kể cả những chiếc laptop chạy chip ARM cũng sẽ được hưởng lợi từ điều này.

Tuy nhiên, để nói rằng chip ARM có thể hoạt động ổn định ở hiệu suất cao (điện năng tiêu thụ từ 10W trở lên) thì có lẽ chúng ta cần phải chờ thêm một thời gian dài nữa. Đa phần các mẫu laptop gaming hay laptop chuyên về đồ họa ngày nay vẫn sử dụng CPU hiệu năng cao dựa trên cấu trúc x86 của Intel.

Điều đó cũng dẫn tới những hệ thống chip ARM cần có những phần mềm được lập trình đặc biệt để có thể đạt được hiệu năng cao nhất. Ví dụ điển hình là những thiết bị sử dụng chip Apple M1 (dựa trên ARM) đều phải chạy qua một phần mềm giả lập để có thể hoạt động bình thường và điều đó ảnh hưởng ít nhiều tới hiệu năng.

Tổng kết

Tóm lại, chip x86 vẫn phần nào đó chiếm ưu thế ở thị trường laptop chuyên về hiệu năng, còn chip ARM sẽ có lợi thế hơn khi được trang bị trên những chiếc laptop văn phòng, tiết kiệm điện năng. Tuy nhiên, cá nhân mình tin rằng chip ARM vẫn có tiềm năng để phát triển lâu dài, biết đâu trong tương lai chúng ta sẽ có những chiếc laptop chạy chip dựa trên ARM vừa có hiệu suất cao và vừa có thời lượng sử dụng pin ấn tượng thì sao?

Vậy bạn thích cấu trúc ARM hay x86 hơn? Đừng quên để lại ý kiến của các bạn dưới phần bình luận của bài viết này nhé, cảm ơn các bạn đã dành thời gian quan tâm.

Trung tâm bảo hành có bán linh kiện và dịch vụ chính hãng, đào tạo KTV miễn phí, gọi là có mặt ngay, bảo hành tại nhà.