Tại Sao Intel Và AMD Không Sản Xuất CPU Giống Như M2?

Ngày nay, các chip M2 mới nhất của Apple không chỉ gồm CPU mạnh mẽ mà còn tích hợp GPU, tạo ra một đế chip duy nhất. Sự kết hợp này cung cấp hiệu suất từ trung bình đến cao cấp cho các sản phẩm trong danh mục máy Mac. Điều này đặc biệt hữu ích cho các sản phẩm như MacBook và Mac mini, nơi không có nhiều không gian để tích hợp card đồ hoạ rời. Thay vào đó, chúng có thể sử dụng các biến thể cao cấp của chip M2, như M2 Max, với GPU tích hợp mạnh mẽ. 

Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là tại sao các công ty như Intel và AMD, mặc dù đã cung cấp các công nghệ CPU và GPU tốt, không chuyển hướng sang việc sản xuất các chip lớn tích hợp cả CPU và GPU như M2 của Apple? Mặc dù cả hai đều có lịch sử kinh doanh máy tính lâu dài và có quyền kiểm soát lớn đối với thị trường bộ xử lý, nhưng vẫn có nhiều lý do chính đáng khiến họ không sao chép các biến thể cao cấp của M2 như M2 Max và M2 Ultra.

Intel và AMD hoàn toàn có khả năng tạo ra chip giống M2

Trước hết, cần làm rõ rằng Intel và AMD đều hoàn toàn có khả năng tạo ra một con chip giống như M2 Max hoặc thậm chí M2 Ultra nếu họ muốn. Mặc dù M2 Pro, M2 Max và M2 Ultra có sự khác biệt đáng kể so với những gì chúng ta đã thấy trên PC cho đến giờ, nhưng vẫn có thể diễn giải một cách đơn giản là Apple đang tạo ra một con chip lớn với nhiều nhân CPU và GPU được tích hợp trong đó.

Cả Intel và AMD đã sản xuất các chip CPU đi kèm với đồ họa tích hợp trong nhiều năm qua. Sự khác biệt đáng chú ý duy nhất giữa Core i9 13900K hoặc Ryzen 9 7950X và dòng Apple M2 là các biến thể cao cấp của M2 có GPU lớn và mạnh mẽ hơn rất nhiều.

Ngoài ra, không phải là Intel và AMD chưa từng sản xuất các chip tương tự như M2 Max hoặc M2 Ultra trong quá khứ, thậm chí họ đã thực hiện điều này trước cả khi M1 được giới thiệu. Dòng 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 hiệu suất cũng không đạt nhưng mong đợi, nó đã đưa ra khái niệm về “sự kết hợp mạnh mẽ của CPU và GPU” tại thời điểm đó.

Cũng không thể không nhắc đến các APU của AMD. “APU” thực sự chỉ là một thuật ngữ tiếp thị để chỉ các CPU đi kèm với đồ họa tích hợp, đặc biệt được thiết kế để chơi game của AMD.

Dòng APU thành công nhất của AMD là các phiên bản dành cho các máy chơi game console, bắt đầu từ Xbox One và PS4 cách đây một thập kỷ. Các APU mới nhất trong Xbox Series X và PS5 kết hợp CPU Zen 2 8 nhân với GPU RDNA2 tầm trung, đặt chúng ở một cấp độ tương đương ít nhất với M1 Pro hoặc M2 Pro, thậm chí có thể là các biến thể cao cấp hơn.

Một số nhược điểm của chip M2

Mặc dù dòng chip M2 của Apple rất ấn tượng, không thể phủ nhận rằng chúng vẫn có một số hạn chế so với các chip của Intel và AMD, đặc biệt liên quan đến bộ nhớ, số lượng nhân và quy trình sản xuất – những yếu tố quan trọng đối với hiệu suất và giá thành của sản phẩm.

Băng thông bộ nhớ nhiều

Điểm đặc biệt nhất của các chip M là vấn đề về bộ nhớ. Thông thường, CPU và GPU tích hợp ít yêu cầu băng thông bộ nhớ, do đó chip Intel và AMD thường sử dụng các chip thông thường với bus bộ nhớ chỉ rộng 128-bit. Tuy nhiên, GPU thường đòi hỏi nhiều băng thông bộ nhớ hơn, điều này giải thích tại sao các GPU rời thường được kết hợp với VRAM GDDR và có các bus bộ nhớ rộng hơn, ít nhất là 128-bit, đặc biệt là cho các GPU lớn hơn.

Tuy nhiên, Apple đã đặt đồ họa tích hợp mạnh mẽ vào các chip M của mình, điều này đòi hỏi nhiều băng thông bộ nhớ hơn bình thường. Trong khi M2 thường có bus bộ nhớ rộng 128-bit, M2 Pro và M2 Max có bus bộ nhớ lần lượt là 256-bit và 512-bit, và M2 Ultra thậm chí sử dụng 2 chip M2 Max ghép lại với bus bộ nhớ rộng lên đến 1.024-bit. Những bus bộ nhớ này chiếm rất nhiều diện tích, khoảng 13% diện tích của M2 Max và M2 Ultra – một phần diện tích đáng kể dành riêng cho bus bộ nhớ.

Hiệu suất không nổi bật

Việc chiếm giữ nhiều diện tích cho bus bộ nhớ tạo ra một chuỗi tác động, giảm đi không gian dành cho việc tích hợp thêm nhân CPU và GPU. Điều này dẫn đến việc M2 Pro và M2 Max không thực sự nổi bật với hiệu suất CPU trên mỗi mm2. Chẳng hạn, cả Core i9 13900K và Ryzen 9 7950X, hai trong những CPU hàng đầu hiện nay, đều có điểm số Cinebench cao hơn M2 Ultra, đặc biệt là ở hiệu suất đa nhiệm, mặc dù chúng nhỏ hơn nhiều so với M2 Ultra.

Điều này là do chúng không gặp trở ngại từ hệ thống bộ nhớ mà các GPU tích hợp lớn yêu cầu.

Cố gắng kết hợp CPU lớn, GPU lớn và hệ thống bộ nhớ lớn vào một chip duy nhất cũng ảnh hưởng đến quá trình sản xuất. Với kích thước khuôn ước lượng là 550mm2, M2 Max là một con chip cực kỳ lớn và M2 Ultra là chip tiêu dùng lớn nhất từng được sản xuất, với hơn 1.000mm2. Chi phí sản xuất những thành phần này trên quy trình 5nm của TSMC chắc chắn là rất lớn.

Intel và AMD không chọn cung cấp chip chuyên dụng

Việc dành nhiều không gian cho bus bộ nhớ tạo ra một chuỗi tác động, khiến cho ít không gian hơn dành cho việc bổ sung thêm nhân CPU và GPU. Điều này dẫn đến việc M2 Pro và M2 Max không thực sự ấn tượng với hiệu suất CPU trên mỗi mm2.

Chẳng hạn, cả Core i9 13900K và Ryzen 9 7950X, hai trong những CPU hàng đầu hiện nay, đều có điểm số Cinebench cao hơn M2 Ultra, đặc biệt là ở hiệu suất đa nhân, mặc dù chúng nhỏ hơn rất nhiều. Điều này là do chúng không gặp trở ngại từ hệ thống bộ nhớ mà các GPU tích hợp lớn đòi hỏi.

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

Cuối cùng, sự khác biệt cơ bản giữa các công ty này nằm ở mô hình kinh doanh. Apple rất độc đáo so với Intel và AMD. Họ tự sản xuất bộ xử lý cho các sản phẩm độc đáo của mình, trong khi Intel và AMD cung cấp chip cho hầu hết các PC trên thế giới. Theo đuổi thị trường rộng lớn như vậy đồng nghĩa với việc chuyên biệt hoá trở thành một thách thức, không phải là lợi thế. Điều này tạo ra động lực hoàn toàn khác biệt cho mỗi công ty khi họ thiết kế phần cứng.

Nếu Intel và AMD cố gắng tạo ra các bộ xử lý lớn như M2 của họ, vấn đề tiếp theo sẽ nảy sinh tại mainboard. Điều đặc biệt ở các CPU x86 truyền thống là chúng thường nhỏ gọn và không đòi hỏi mainboard quá đặc biệt.

Tuy nhiên, để phục vụ một con chip như M2 Max hoặc M2 Ultra, Intel và AMD sẽ phải đưa ra các mainboard mới với socket lớn, nhiều tầng VRM và có thể lên đến 8 khe cắm RAM cần được lắp đầy đủ các module tốc độ cao để đạt hiệu suất GPU tốt nhất. Tất cả điều này đều tăng chi phí và làm cho quá trình thiết kế trở nên phức tạp.

Apple có thể bỏ qua những thách thức đó vì M2 được thiết kế đặc biệt cho máy tính mà họ sản xuất và đáp ứng nhu cầu của khách hàng của họ. Intel và AMD không thể thực hiện điều đó vì khách hàng của họ muốn có nhiều loại CPU khác nhau để có thể cá nhân hóa PC, trong khi việc thay đổi RAM, bộ nhớ trong và GPU chỉ đòi hỏi việc cắm và sử dụng.

Hãy so sánh việc bạn sẽ phải nâng cấp một con chip 1.000mm2 nếu chỉ muốn tăng cường hiệu suất đồ hoạ thay vì chỉ cần mua một chiếc RTX 4090, cái nào sẽ kinh tế hơn?

Tuy nhiên, M2 cũng có những lợi thế riêng. Ví dụ, mặc dù CPU và GPU của Apple có vẻ yếu so với các sản phẩm cao cấp của Intel, AMD và Nvidia, dòng sản phẩm M2 lại có hiệu suất mã hoá rất cao. Apple đã tích hợp các bộ mã hoá vào chip của mình vì nhiều người dùng của họ sử dụng thiết bị để chỉnh sửa video. Trong khi đó, chip AMD và Intel, với kích thước phù hợp với nhiều trường hợp sử dụng, không cần những bộ mã hoá cao cấp như vậy, đặc biệt khi các GPU cao cấp đã giải quyết được vấn đề này.

Sự khác biệt trong phần cứng và mô hình kinh doanh không thể tách rời khi nói đến thiết kế bộ xử lý của ba công ty này. Nếu chỉ dừng lại ở phần cứng, công nghệ và thông số kỹ thuật, ta có thể thấy Intel và AMD cũng đã cố gắng tạo ra các bộ xử lý tương tự như dòng M2 của Apple. Tuy nhiên, Apple là một công ty thiết kế máy tính sản xuất bộ xử lý riêng cho mình, trong khi AMD và Intel chỉ thiết kế và cung cấp bộ xử lý cho các công ty khác.

Những lĩnh vực CPU M2 hữu dụng

Mặc dù PC truyền thống khó lòng trở thành không gian cho Intel và AMD giới thiệu các bộ xử lý kích thước lớn với nhiều nhân CPU và GPU, nhưng một con chip máy tính như vậy có thể thành công trong các lĩnh vực khác.

Một trong những cải tiến gần đây nhất của cả Intel và AMD là việc sử dụng các “chiplet”, hoặc “Tile” như Intel gọi chúng, giúp việc chế tạo bộ xử lý giống như M2 trở nên dễ dàng hơn. Bằng cách này, Intel và AMD có thể sử dụng các chiplet được tối ưu hoá riêng và kết hợp chúng để tạo ra các bộ xử lý lớn, chuyên dụng và cũng rẻ hơn.

Các máy chơi game console, hiển nhiên, là nơi lý tưởng để các loại chip máy tính như vậy phát huy khả năng, hoặc thậm chí các PC NUC hoặc laptop cũng có thể phù hợp. Cuối cùng, những thiết bị dạng này đã được tuỳ chỉnh và khoá cứng ngay từ đầu, vì vậy việc tương thích phần cứng với nhiều thành phần khác nhau không còn là vấn đề cần quan tâm.