Vì sao cả AMD và Intel đều không sản xuất vi xử lý giống M2 Ultra và M2 Max của Apple?

Có bao giờ bạn tự hỏi rằng vì sao cả AMD và Intel đều không sản xuất vi xử lý của họ giống như cách mà Apple đang làm với M2 Ultra và M2 Max không. Thực tế đằng sau sẽ là cả một câu chuyện dài mà mình sẽ kể cho các bạn ngay trong bài viết này.

Cho đến thời điểm hiện tại, việc Apple bỏ Intel để chuyển sang sử dụng bộ xử lý dựa trên kiến trúc Arm của riêng họ đã diễn ra một cách suôn sẻ. M2, loạt chip mới nhất của họ, tổ hợp CPU và GPU mạnh mẽ vào một đế chip duy nhất, mang lại hiệu năng từ trung bình đến cao cấp cho toàn bộ dòng sản phẩm máy tính Mac. Điều này đặc biệt có lợi cho các sản phẩm như MacBook và Mac mini, với hạn chế không gian cho card đồ họa rời, nhưng lại có thể chứa các biến thể cao cấp của M2 như M2 Max, với đồ hoạ tích hợp mạnh mẽ. Các biến thể như M2 Pro, M2 Max và M2 Ultra thực sự là những con chip ấn tượng.

Vậy tại sao Intel và AMD không thực hiện một chiến lược tương tự, tự phát triển các chip tích hợp nhiều nhân CPU và GPU khi cả hai đều cung cấp công nghệ CPU và GPU đủ mạnh, có lịch sử dài trong lĩnh vực máy tính và có sự kiểm soát đáng kể trên thị trường bộ xử lý? Tuy nhiên, có một số lý do hợp lý cho việc Intel và AMD không sao chép các biến thể cao cấp như M2 Max và M2 Ultra của Apple.

AMD và Intel hoàn toàn có thể làm được như Apple

Đầu tiên, cần rõ rằng cả Intel và AMD đều có khả năng tạo ra một loạt con chip tương tự như M2 Max hoặc thậm chí M2 Ultra nếu họ muốn. Mặc dù M2 Pro, Max và Ultra có sự khác biệt lớn so với những gì chúng ta thường thấy trên các máy tính cá nhân trước đây, nhưng chúng vẫn có thể được đơn giản hóa bằng cách nói rằng Apple đang sản xuất một con chip có kích thước lớn, với một số lượng lớn nhân CPU và GPU được tích hợp trong cùng một chip. Intel và AMD đã sản xuất các con chip CPU với đồ hoạ tích hợp trong nhiều năm, và điểm khác biệt lớn nhất giữa Core i9 13900K hoặc Ryzen 9 7950X và dòng Apple M2 là các phiên bản M2 cao cấp có GPU mạnh hơn rất nhiều.

Ngoài ra, không nên quên rằng cả Intel và AMD đã từng sản xuất các con chip tương tự như M2 Max và M2 Ultra trong quá khứ, thậm chí đã thực hiện điều này trước khi M1 ra mắt. Ví dụ, dòng chip Kaby Lake G của Intel đã kết hợp CPU Kaby Lake 4 nhân với GPU Vega tầm trung của AMD vào năm 2017. Mặc dù Kaby Lake G không thành công thương mại và hoạt động không ổn định, nhưng nó đã đem lại khái niệm về “sự kết hợp mạnh mẽ giữa CPU và GPU” vào thời điểm đó.

Hơn nữa, không thể không nhắc đến các APU của AMD. Thuật ngữ “APU” thực tế là một cụm từ tiếp thị để mô tả các CPU có đồ hoạ tích hợp dành cho việc chơi game của AMD. Dòng APU thành công nhất của AMD là các dòng APU dành cho các hệ thống máy chơi game console, bắt đầu từ Xbox One và PS4 cách đây một thập kỷ. Các APU console mới nhất trong Xbox Series X và PS5 kết hợp một CPU Zen 2 8 nhân với GPU RDNA2 tầm trung – đặt chúng vào một cấp độ tương tự ít nhất là M1 Pro hoặc M2 Pro, thậm chí còn cao hơn.

Chip M2 thực ra là cũng có nhược điểm chứ không phải là hoàn hảo

Mặc dù dòng chip M2 của Apple đã đem lại nhiều lợi ích cho họ, nhưng không có nghĩa rằng chúng là những bộ xử lý hoàn hảo, và vẫn tồn tại một số hạn chế so với các chip của Intel và AMD. Những hạn chế này liên quan chủ yếu đến bộ nhớ, số lượng nhân, và quá trình sản xuất – các yếu tố quan trọng đối với cả hiệu năng và giá thành.

Điều đáng chú ý nhất về các chip M là khía cạnh bộ nhớ. Thông thường, CPU và GPU tích hợp nhẹ không đòi hỏi nhiều băng thông bộ nhớ, do đó Intel và AMD thường kết nối các chip thông thường của họ với bus bộ nhớ có độ rộng 128-bit. Tuy nhiên, GPU thường đòi hỏi nhiều băng thông bộ nhớ hơn, đây là lý do tại sao các GPU rời thường đi kèm với VRAM GDDR và có bus bộ nhớ lớn hơn: 128-bit là mức tối thiểu và chỉ dành cho các GPU rất nhỏ.

Tuy nhiên, Apple đã tích hợp một GPU rất mạnh trực tiếp vào chip M của họ, và điều này đòi hỏi nhiều băng thông bộ nhớ hơn bình thường. Trong khi M2 thường có bus bộ nhớ 128-bit, M2 Pro và M2 Max có bus 256-bit và 512-bit, đặc biệt M2 Ultra còn ghép hai chip M2 Max lại với bus bộ nhớ rộng lên đến 1.024-bit. Sự gia tăng này trong bus bộ nhớ chiếm nhiều không gian, chiếm khoảng 13% kích thước của M2 Max và M2 Ultra – một lượng không gian đáng kể dành cho bus bộ nhớ.

Sự dành nhiều không gian cho bus bộ nhớ này đã tạo ra một chuỗi tác động, làm giảm khả năng tăng thêm số lượng nhân CPU và GPU. Điều này dẫn đến việc M2 Pro và M2 Max không thể ấn tượng khi nói về hiệu năng CPU trên mỗi mm2. Chẳng hạn, cả Core i9 13900K và Ryzen 9 7950X, hai trong số những CPU hàng đầu hiện nay, đều vượt trội hơn M2 Ultra trong bài kiểm tra Cinebench, đặc biệt là ở khả năng xử lý đa nhân, bất kể chúng nhỏ hơn rất nhiều. Điều này là do họ không gặp trở ngại từ việc sử dụng hệ thống bộ nhớ lớn mà GPU tích hợp lớn đòi hỏi.

Việc cố gắng hợp nhất CPU lớn, GPU lớn và hệ thống bộ nhớ lớn vào một con chip duy nhất cũng ảnh hưởng đến quá trình sản xuất. Với kích thước khuôn dự kiến khoảng 550mm2, M2 Max đã lớn vượt trội và M2 Ultra (như hình dưới) là một trong những chip tiêu dùng lớn nhất từng được sản xuất, với hơn 1.000mm2. Chi phí sản xuất những sản phẩm này trên quy trình công nghệ 5nm của TSMC đã chắc chắn rất lớn.

Sản xuất và cung ứng vi xử lý chuyên dụng không phải là “style” của Intel và AMD

Cuối cùng, cần nhắc đến sự khác biệt cơ bản trong mô hình kinh doanh của Apple so với Intel và AMD. Apple tạo ra bộ xử lý cho riêng mình và sử dụng chúng cho các sản phẩm độc quyền của họ. Trong khi đó, Intel và AMD sản xuất chip cho rất nhiều máy tính trên khắp thế giới, và việc theo đuổi thị trường đa dạng như vậy có thể đối mặt với các khó khăn đối với việc tạo ra các sản phẩm chuyên biệt. Điều này tạo ra động lực khác biệt trong quá trình thiết kế phần cứng.

Nếu Intel và AMD cố gắng sản xuất các bộ xử lý tương tự như M2 của Apple, thì vấn đề tiếp theo sẽ xuất hiện tại mainboard. Điều đặc biệt ở các CPU x86 truyền thống là chúng thường nhỏ và không đòi hỏi nhiều yêu cầu đặc biệt về mainboard. Nhưng để hỗ trợ một con chip giống M2 Max hoặc M2 Ultra, Intel và AMD sẽ cần phát triển mainboard mới với các socket lớn, nhiều tầng VRM, và có thể lên đến 8 khe cắm RAM, để đảm bảo hiệu năng GPU tốt nhất.

Tất cả những yêu cầu này tạo ra một tình hình phức tạp và tốn kém. Apple có thể tránh qua tất cả những thách thức này bởi vì M2 được tạo ra đặc biệt cho loại máy tính mà họ muốn sản xuất và mà khách hàng của họ muốn mua. Trong khi đó, Intel và AMD không thể thực hiện điều này vì khách hàng của họ muốn có sự lựa chọn giữa nhiều loại CPU khác nhau để cá nhân hoá máy tính cá nhân của họ. So sánh việc bạn phải nâng cấp một con chip có kích thước lớn như 1.000mm2 nếu bạn chỉ muốn tăng cường hiệu suất đồ hoạ, so với việc mua một card đồ họa RTX 4090 – giải pháp nào kinh tế hơn?

Tuy nhiên, M2 cũng có một số ưu điểm khác biệt. Ví dụ, trong khi CPU và GPU của Apple có hiệu năng thấp hơn so với các sản phẩm cao cấp của Intel, AMD và Nvidia, thì dòng sản phẩm M2 có khả năng mã hoá video rất cao. Apple đã thêm các bộ mã hoá vào chip của họ vì có nhiều người sử dụng thiết bị của họ để chỉnh sửa video. Tuy nhiên, CPU Intel và AMD thường là những con chip đa dụng với kích thước phù hợp cho nhiều trường hợp sử dụng khác nhau, vì vậy việc tích hợp các bộ mã hoá cao cấp như vậy thường không có ý nghĩa, đặc biệt khi các card đồ họa cao cấp có khả năng giải quyết vấn đề này.

Tổng cộng, phần cứng và mô hình kinh doanh khác biệt không thể tách rời khi xem xét thiết kế bộ xử lý từ ba công ty này. Mặc dù nếu chỉ tập trung vào phần cứng, công nghệ và thông số kỹ thuật, có thể thấy Intel và AMD cũng có thể cố gắng tạo ra các bộ xử lý tương tự như dòng M2. Tuy nhiên, Apple là một công ty tự phát triển bộ xử lý và sử dụng chúng cho các sản phẩm riêng của họ, trong khi Intel và AMD là những công ty thiết kế bộ xử lý và cung cấp cho nhiều công ty khác nhau.

Nhưng chip M2 vẫn sẽ hữu ích trong nhiều lĩnh vực chứ không chỉ mảng PC

Mặc dù PC truyền thống có thể không phải môi trường lý tưởng để Intel và AMD giới thiệu các bộ xử lý lớn kích thước với nhiều nhân CPU và GPU, nhưng một loại chip như vậy có thể tìm thấy thành công trong các lĩnh vực khác. Gần đây, cả Intel và AMD đã đưa ra các cải tiến với các “chiplet,” hoặc “Tile” như Intel gọi chúng, giúp việc sản xuất các bộ xử lý giống M2 trở nên dễ dàng hơn. Bằng cách sử dụng các chiplet được tối ưu hóa riêng biệt, Intel và AMD có thể kết hợp chúng để tạo ra các bộ xử lý lớn, chuyên dụng và có chi phí thấp hơn.

Các máy chơi game console, rõ ràng, là môi trường lý tưởng để khai thác khả năng của các loại chip như vậy, và thậm chí các sản phẩm như PC NUC hoặc laptop cũng có thể phù hợp. Quan trọng là những thiết bị này đã được tùy chỉnh và khoá cứng từ đầu, vì vậy việc tương thích phần cứng với nhiều thành phần khác nhau không phải là một vấn đề quá lo lắng.