Trong nhiều thập kỷ qua, kiến trúc x86 của Intel đã thống trị thế giới điện toán, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ những chiếc laptop cơ bản nhất đến các máy chủ trung tâm dữ liệu mạnh mẽ nhất. Tuy nhiên, một cuộc cách mạng thầm lặng đã diễn ra: Arm. Thực sự bắt đầu mạnh mẽ trong kỷ nguyên điện thoại thông minh, kiến trúc Arm hiện đang giành được chỗ đứng quan trọng trong các lĩnh vực điện toán phổ thông mà trước đây sẽ là điều không tưởng. Đến mức, dường như số phận của sự thống trị x86 đã được định đoạt.
Có rất nhiều lý do để tin vào điều đó, và giờ đây nó không còn là điều không thể tưởng tượng được so với chỉ vài năm trước. Bước chuyển mình mang tính lịch sử của Apple sang Arm với dòng chip M-series Apple Silicon SoC chắc chắn đã khởi xướng một xu hướng, và nỗ lực tái đẩy mạnh Windows trên Arm của Microsoft cho thấy gã khổng lồ phần mềm cũng nhận thấy giá trị trong kiến trúc này. Và hai thay đổi lớn trong ngành đó chỉ là phần nổi của tảng băng chìm.
Sự Hậu Thuẫn Từ Ngành Công Nghiệp Là Minh Chứng Rõ Ràng
Thực Tế, Ngoại Trừ Intel, Hầu Hết Mọi Hãng Đều Quan Tâm Đến Arm
Một trong những dấu hiệu rõ ràng nhất về sự trỗi dậy của Arm là số lượng các nhà sản xuất chip, và cách mà số lượng các nhà sáng tạo chip này đã tăng lên trong thập kỷ qua. Trong thế giới x86, chỉ có hai nhà sản xuất lớn: Intel và AMD. Ngược lại, hệ sinh thái Arm tự hào có một “đám đông” các nhà thiết kế chip. Một số tên tuổi lớn nhất trong ngành công nghệ đang xây dựng bộ xử lý dựa trên Arm hiệu suất cao: Apple đã thay thế CPU Intel trong máy Mac bằng chip M-series “cây nhà lá vườn”, Qualcomm đang phát triển dòng chip “X” của riêng mình cho Windows trên Arm, và ngay cả Amazon cũng đã tự xây dựng chip “Graviton” dựa trên Arm cho đám mây.
Thực tế, nhìn xa hơn Intel và AMD, hầu như mọi nhà sản xuất chip lớn đều đang sản xuất chip dựa trên Arm. Ngay cả Nvidia, hãng vừa mới mua khoảng 5% cổ phần của Intel và đầu tư 5 tỷ USD vào công ty với lời hứa ra mắt SoC x86 với chiplet RTX bên trong, đã và đang xây dựng chip Tegra dựa trên Arm trong một thời gian khá dài. Đừng quên rằng Nvidia thậm chí còn cố gắng mua lại Arm vài năm trước, và đã sử dụng CPU dựa trên Arm cho chip “Grace” của mình nhắm vào các máy chủ.
Nintendo Switch 2 chạy chip Arm với game Mario Kart World 2
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, thì Nintendo đã sử dụng chip Arm cho các thiết bị cầm tay của mình từ thời Game Boy Advance. Các dòng máy DS, DS Lite và 3DS đều được cung cấp năng lượng bởi Arm, với một số do các công ty khác sản xuất và một số được cấp phép trực tiếp từ Arm. Trong khi đó, PlayStation và Xbox vẫn chạy trên CPU x86 tùy chỉnh, nhưng không lâu trước đây các console và thậm chí cả máy Mac đời cũ của Apple vẫn đang 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 của riêng họ dựa trên ISA của Arm. Bước đi của Apple đặc biệt gây sốc, nhưng cũng giống như tiếng chuông báo hiệu cho x86. Có những lưu ý cho điều này: Apple là đồng sáng lập của Arm và có lẽ có quyền lực đáng kể khi đàm phán các thỏa thuận cấp phép cho IP của Arm, cộng thêm việc họ không còn phải trả tiền cho Intel để mua CPU của hãng, nhưng còn nhiều điều hơn thế nữa.
Trở lại thời điểm Apple lần đầu tiên công bố ý định chuyển từ PowerPC sang x86 tại WWDC 2005, PowerPC đang ở một vị thế khá kỳ lạ. Ngoài Apple, việc sử dụng nó gần như chỉ giới hạn ở các máy chơi game console đầu đến giữa những năm 2000 và, thú vị hơn, các robot thăm dò sao Hỏa Curiosity và Perseverance. Tuy nhiên, sự thay đổi của Apple là kết quả của một xu hướng công nghiệp chung, vì tất cả các nền tảng điện toán cá nhân khác đều sử dụng x86 vào thời điểm đó.
Lần này thì khác: thay vì đi sau thời đại, Apple đã quyết định đi trước. Việc chuyển sang Arm đã mang lại những lợi ích rõ ràng, chẳng hạn như hiệu quả năng lượng, tản nhiệt và hiệu suất, và ở giai đoạn này, mọi dòng sản phẩm chính 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, được thành lập bởi các nhà thiết kế chip từng làm việc cho Apple, và điều này báo hiệu rằng một số tài năng hàng đầu và nhà thiết kế chip hiện đang hoạt động trong không gian Arm, chứ không phải x86.
Cuối cùng, do trạng thái cấp phép của x86, một công ty muốn sử dụng chip riêng của mình thậm chí không thể sử dụng kiến trúc này. Thay vào đó, mọi nỗ lực đều hướng đến Arm (hoặc, trong một số trường hợp, RISC-V), và điều đó có nghĩa là sự phát triển chip và điện toán tiên tiến đang diễn ra trên Arm.
Biểu đồ so sánh hiệu năng GPU giữa chip Apple M1 Ultra và Nvidia RTX 3090, minh họa sức mạnh của Arm trên Mac
Phần Mềm Không Còn Là Vấn Đề Như Trước
Phần Mềm Native Và Các Lớp Dịch Giúp Mọi Thứ Dễ Dàng Hơn
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 lệnh CPU tồn tại cho Arm không tồn tại cho x86, và ngược lại. Khi Windows trên Arm lần đầu tiên phát triển với Windows 10, nhiều ứng dụng phổ biến nhất đơn giản là không chạy native, và quá trình “dịch” (diễn giải các lệnh được xây dựng cho x86 và chuyển đổi chúng ngay lập tức sang lệnh Arm) rất chậm và chỉ hỗ trợ các ứng dụng 32-bit.
Nỗ lực trước đó của Microsoft, Windows RT, thậm chí còn tệ hơn. Được phát hành 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 nào cả. Các ứng dụng thường không được xây dựng cho Arm, vậy 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 khi các nỗ lực trước đó của Microsoft đơn giản là quá sớm, thì Apple cũng đã làm mọi thứ khác đi. Trình dịch Rosetta 2 của Apple đã có sẵn ngay từ ngày đầu tiên cho máy Mac dựa trên M1, được hỗ trợ bởi tăng tốc phần cứng để dịch các lệnh x86 sang Arm, dẫn đến 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 trơn tru.
Nỗ lực mới của Microsoft đối với Windows trên Arm đã thành công hơn nhiều, cải thiện đáng kể khả năng dịch và thêm hỗ trợ 64-bit. Các ứng dụng quan trọng như bộ Microsoft Office đầy đủ, Adobe Photoshop và Lightroom, Chrome và Firefox, cùng nhiều ứng dụng khác hiện đã có các bản phát hành native cho Arm. Ngay cả một số nền tảng trò chơi cũng đang thử nghiệm với nó, và khả năng giả lập được cải thiện của Windows trên Arm có thể lấp đầy những khoảng trống ở nhiều nơi. Chắc chắn có những trường hợp ngoại lệ, chẳng hạn như một số driver 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.
Chip Qualcomm Snapdragon X Elite cho máy tính Windows trên Arm, mở ra kỷ nguyên mới cho laptop Arm
Một trong những rào cản lớn nhất đối với việc áp dụng Arm là kịch bản “con gà và quả trứng”, vì các nhà phát triển cần một lý do để xây dựng và duy trì các ứng dụng cho Arm khi người dùng không có, nhưng người dùng không có phần lớn là do thiếu phần mềm. Ngay cả khi nói đến trò chơi, một rào cản chính có thể là thiếu hỗ trợ chống gian lận trong các tựa game hàng đầu mà người dùng muốn chơi. Tuy nhiên, việc 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 quy trình.
Mọi Con Đường Công Nghiệp Đều Dẫn Đến Arm
Ngay Cả AMD Cũng Dường Như Đang Quan Tâm
Dường như mọi nhà sản xuất lớn đều ít nhất đã thử sức với Arm, trong khi một số khác thì đặt cược hoàn toàn vào đó. Bước đi lớn của Apple sang Arm đã gây sốc, chứng minh rằng kiến trúc này là khả thi như một kiến trúc cấp PC. Trong khi đó, Microsoft đã quay trở lại với Windows trên Arm và hoàn thiện nó, cải thiện khả năng tương thích và thậm chí ra mắt những chiếc máy tính “Copilot+” đầu tiên với chip Snapdragon X Elite dựa trên Arm của Qualcomm bên trong.
Khi nói đến Qualcomm, họ đã đặt cược lớn vào Windows trên Arm. Cả CEO của Qualcomm và Arm đều dự đoán năm ngoái rằng lên đến 50% lượng máy tính xuất xưởng có thể dựa trên Arm trong vòng năm năm tới, đây chắc chắn là một tuyên bố đầy tham vọng nhưng cho thấy sự tự tin. Thêm vào đó, Microsoft đã có một thỏa thuận độc quyền với Qualcomm được cho là đã hết hạn vào năm 2024 về Windows trên Arm.
Quan hệ đối tác gần đây của Nvidia với Intel đã gây ra một chút trở ngại về mặt đó, nhưng nó cũng chứng minh rằng SoC tích hợp, hiệu quả là điều 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 được đồn đại nhắm vào Windows trên Arm có thể đang bị lung lay, Nvidia đã xây dựng các máy chủ cấp độ AI tập trung 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 âm thầm trong không gian Arm mà có thể gây bất ngờ, đó là AMD. Mặc dù là nhà sản xuất chip x86 phổ thông duy nhất khác, AMD đã thử sức với Arm theo thời gian. Bộ xử lý Opteron A của họ, dựa trên lõi Arm Cortex-A57, được phát hành vào năm 2016, và AMD cũng đã công bố K12 vào năm 2014, mặc dù chính thức hủy bỏ nó vào năm 2023. Jim Keller, cựu trưởng nhóm phát triển kiến trúc Zen của AMD và thường được ghi nhận một phần trong việc khôi phục mảng chip của AMD, đã gọi K12 là “bị hủy bỏ một cách ngớ ngẩn.” 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.
Ảnh minh họa công nghệ chip AI của Nvidia, gợi mở về sự hợp tác giữa các kiến trúc chip trong tương lai
Các báo cáo gần đây cho thấy 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 từ x86 sang Arm sẽ khá đơn giản có thể vẫn đúng cho đến ngày nay — ngay cả khi Zen 5 là một kiến trúc được xây dựng lại đáng kể. Hơn nữa, MediaTek đã công khai làm việc với Nvidia trong cả dự án GB10 Grace Blackwell và, được cho là 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 trên Arm.
Một sự thay đổi lớn đã và đang diễn ra trong điện toán trong một thời gian dài, và tốc độ này chỉ càng nhanh hơn theo thời gian. Nó cũng đã mất hơn hai mươi năm để hình thành. Việc sử dụng Arm trong các thiết bị chơi game cầm tay đến điện thoại thông minh, và sau đó là máy tính xách tay và trung tâm dữ liệu đã hợp pháp hóa nó như một nền tảng mà thực tế 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 cả tủ lạnh từ LG cũng đang sử dụng Arm.
Để rõ ràng, tôi không nghĩ x86 sẽ biến mất sớm, cũng như nó sẽ không bao giờ thực sự biến mất. Ngay cả ngày nay, bạn vẫn sẽ tìm thấy kiến trúc máy tính lớn hàng thập kỷ tuổi của IBM sâu trong phòng máy chủ ở một số công ty. Và trong trường hợp này, x86 đã quá lớn trong một thời gian dài đến mức khó có khả năng nó sẽ chỉ… biến mất.
Biểu đồ hiệu năng lõi E và P của chip Intel Lunar Lake, thể hiện nỗ lực của Intel trong việc tối ưu hiệu quả năng lượng cạnh tranh với Arm
Arm đã và đang giành được vị thế trong mọi phân khúc, và các xu hướng máy tính để bàn tiêu dùng không có xu hướng tụt hậu 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, chắc chắn đã có hiệu quả, nhưng vẫn chưa thể sánh kịp 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 của mình. Đó luôn là một điều tốt cho người tiêu dùng bất kể thế nào, và chúng ta thậm chí có thể thấy nhiều lõi 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 nữa, chúng ta có thể sẽ nói về một cuộc chiến kiến trúc ba bên giữa RISC-V, Arm và x86. X86 vẫn có chỗ đứng khi nói đến việc xử lý số lượng lớn, 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.
Như lịch sử đã chỉ ra trong lĩnh vực công nghệ, một khi động lực đã chuyển dịch, gần như không thể đảo ngược. Và động lực chắc chắn đang nghiêng về Arm ngay bây giờ.
Tài liệu tham khảo:
- Qualcomm CEO says Arm taking 50% of the Windows PC market in five years is realistic, some OEMs already expect Snapdragon chips to be 60% of their sales within three years
- Qualcomm’s exclusivity deal with Microsoft for Windows on Arm reportedly expired in 2024
- Jim Keller on AMD K12 being “stupidly cancelled”
- Reports suggest Arm is back on the menu for AMD
- Is Arm efficient x86?
- The rise of RISC-V: A real threat to Arm and x86?
