Trong hai thập kỷ qua, thị trường máy tính cá nhân đã chứng kiến sự thống trị của hai kiến trúc chip chính là x86 (cho laptop và desktop) và ARM (nổi bật trên smartphone). Trong khi nỗ lực của Qualcomm và Microsoft với hệ điều hành Windows trên ARM đã thu hút sự chú ý trong phân khúc laptop, thì một “tân binh” đầy hứa hẹn mang tên RISC-V đang nổi lên mạnh mẽ. Kiến trúc tập lệnh mã nguồn mở này đang được giới công nghệ kỳ vọng sẽ thay đổi cuộc chơi. Với sự hậu thuẫn từ những “ông lớn” như Google, Qualcomm và Intel, RISC-V không chỉ là một hiện tượng nhất thời. Câu hỏi đặt ra là: Liệu RISC-V có thể trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với ARM trong không gian di động và x86 trên PC, hay đây chỉ là một sự thay thế được thổi phồng quá mức? Bài viết này của 123thuthuat.com sẽ cùng bạn đi sâu phân tích.
Điều gì khiến RISC-V khác biệt so với các đối thủ?
Kiến trúc mở, không phụ thuộc vào bất kỳ công ty nào
Một yếu tố then chốt giúp RISC-V nổi bật so với các kiến trúc CPU khác như ARM, Intel hay AMD là việc không có bất kỳ công ty đơn lẻ nào sở hữu kiến trúc RISC-V hay các thiết kế liên quan. Khác với ARM và x86 – nơi ARM thường cấp phép các thiết kế của mình cho các nhà sản xuất chip (như chip điện thoại thông minh), và x86 thuộc sở hữu độc quyền của Intel và AMD – kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA) là mã nguồn mở. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất có thể sử dụng, sửa đổi và mở rộng nó mà không phải chịu thêm bất kỳ khoản phí cấp phép nào.
Biểu đồ dự báo số lượng chip RISC-V được sản xuấtNguồn: Agam Shah
Chính sách này thu hút rất nhiều công ty, và vụ NVIDIA thất bại trong việc mua lại ARM đã làm dấy lên những nghi vấn về tính trung lập của ARM trong hệ sinh thái. Khả năng tùy biến cao là một lợi thế lớn khác. Trong khi chiến lược của ARM là yêu cầu các nhà sản xuất chip sử dụng các lõi được thiết kế sẵn (dòng Cortex) hoặc mua giấy phép kiến trúc với chi phí bổ sung (như Qualcomm và Apple đang làm), RISC-V không yêu cầu điều đó. Việc loại bỏ chi phí cấp phép hoặc chi phí cấp phép ISA giúp các nhà phát triển tự do thiết kế các phiên bản lõi tùy chỉnh mà không bị hạn chế, làm cho nó đặc biệt phù hợp cho các bộ tăng tốc AI, thiết bị IoT và điện toán biên (edge computing).
Tuy nhiên, trong khi khả năng tùy biến là một ưu điểm, nó cũng tiềm ẩn nguy cơ phân mảnh. Mô hình cấp phép của ARM mang lại sự chuẩn hóa nhất định, nghĩa là phần mềm biên dịch cho một SoC dựa trên ARM thường sẽ chạy được trên các SoC ARM khác. Ngược lại, RISC-V cho phép các công ty tùy chỉnh ISA, điều này có thể dẫn đến các vấn đề không tương thích nếu các nhà sản xuất không tuân thủ các tiêu chuẩn chung. Cách thức quản lý hệ sinh thái RISC-V sẽ là yếu tố then chốt quyết định liệu sự linh hoạt này sẽ tiếp tục là lợi thế hay trở thành nhược điểm trong dài hạn.
RISC-V đang tạo ra lợi thế cạnh tranh ở đâu?
Ưu thế trong các trường hợp sử dụng chuyên biệt
RISC-V đã và đang phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực và thiết bị như vi điều khiển, bộ tăng tốc AI (AI accelerators) và hệ thống nhúng. Các công ty như SiFive, T-Head của Alibaba và nhiều hãng khác đã tích hợp bộ xử lý RISC-V vào các sản phẩm đa dạng, từ bộ điều khiển lưu trữ đến thiết bị nhà thông minh.
Hoạt động gần đây của Google trong việc hỗ trợ RISC-V trên Android cho thấy khả năng một chiếc điện thoại thông minh chạy RISC-V là có thể, nhưng chúng ta khó có thể mong đợi điều đó sớm xảy ra. Google vẫn đang cân nhắc về việc Android trên RISC-V sẽ được sử dụng ở đâu và như thế nào; họ đã từng công bố và sau đó thay đổi quyết định, điều này không tạo nhiều niềm tin như RISC-V mong muốn.
Nhóm cố vấn hệ sinh thái x86Nguồn: Intel
Ngoài IoT và AI, laptop và máy chủ là những biên giới tiếp theo. Qualcomm, một gã khổng lồ vốn ưu tiên các thiết kế ISA của ARM, đã thử nghiệm RISC-V trong các trường hợp tính toán công suất thấp. Ventana Micro Systems và Tenstorrent cũng đang phát triển các bộ xử lý RISC-V hiệu suất cao.
Ngay cả Intel, người bảo vệ trung thành của nền tảng x86, cũng đã đầu tư vào RISC-V, mặc dù có lẽ để triển khai trong các thị trường ngách và không phải là một phần trong các thiết kế cốt lõi của họ. Điều này bao gồm việc Intel và AMD cùng nhau thành lập Nhóm Tư vấn Hệ sinh thái x86 vào năm ngoái để đảm bảo các giải pháp phần cứng, phần mềm và giải pháp tổng thể tiên tiến.
Sự thúc đẩy vào các tác vụ đám mây và máy chủ là nơi mọi thứ trở nên thú vị. Các công ty “siêu quy mô” (hyperscalers) như Google, Amazon và Meta đều đã thể hiện sự quan tâm đến RISC-V, không nhất thiết là để thay thế hoàn toàn x86 hay ARM, mà để tạo ra các chip silicon tùy chỉnh cho các tác vụ cụ thể. Khả năng thiết kế lõi cho các trường hợp sử dụng nội bộ mà không tốn phí cấp phép rất phù hợp với xu hướng tích hợp theo chiều dọc. Nếu một “ông lớn” trong ngành như AWS, vốn đã có bộ xử lý Graviton dựa trên ARM, có thể thấy giá trị trong việc áp dụng RISC-V cho các tác vụ chuyên biệt, điều này có thể dần dần làm suy yếu sự kiểm soát của ARM đối với thị trường trung tâm dữ liệu.
Những thách thức RISC-V phải đối mặt
Rào cản về hiệu năng và hệ sinh thái phần mềm
Bất chấp những hứa hẹn, RISC-V sẽ không thể thay thế ARM hay x86 chỉ sau một đêm. Những trở ngại lớn nhất là sự ngang bằng về hiệu năng và hỗ trợ phần mềm. Dưới đây là một số ví dụ về những thách thức chính mà RISC-V phải đối mặt khi so sánh với kiến trúc ARM và x86.
Hệ sinh thái Google
Hệ sinh thái phần mềm: Hàng thập kỷ phát triển phần mềm tối ưu đã tạo lợi thế cho ARM và x86. Mặc dù sự hỗ trợ Linux cho ISA RISC-V đang được cải thiện, nhưng chưa có sự hỗ trợ tương tự cho Windows, và Android chỉ mới bắt đầu phát triển. Thiếu sự hỗ trợ phần mềm trưởng thành đã là điểm yếu chí tử của nhiều kiến trúc đầy hứa hẹn, và RISC-V cũng không ngoại lệ. Các nhà phát triển cần thời gian để tối ưu hóa hệ điều hành, thư viện và trình biên dịch cho ISA, và cho đến khi các nhà cung cấp phần mềm lớn hoàn toàn hỗ trợ nó, việc áp dụng sẽ bị hạn chế bên ngoài các thị trường ngách.
Hiệu năng: ARM và x86 đã có hàng thập kỷ tinh chỉnh kiến trúc của họ để đạt hiệu quả và hiệu năng tối đa. Các chip RISC-V hiện nay nhìn chung vẫn còn thua kém những gì ARM tốt nhất cung cấp, đặc biệt là đối với các ứng dụng hiệu suất cao. Không giống như ARM và x86, với hàng thập kỷ tối ưu hóa kiến trúc và các thủ thuật tiết kiệm năng lượng, RISC-V đang phải bắt kịp. Mặc dù nó dẫn đầu về hiệu quả cho các ứng dụng nhúng, điện toán hiệu suất cao vẫn là một điểm yếu. Các đổi mới kiến trúc như thực thi ngoài thứ tự (out-of-order execution), thực thi suy đoán (speculative execution) và dự đoán rẽ nhánh (branch prediction) vẫn còn ở giai đoạn sơ khai đối với các thiết kế RISC-V.
Nguy cơ phân mảnh: Khả năng tùy biến là một con dao hai lưỡi. Quá nhiều cách triển khai RISC-V khác nhau có thể dẫn đến các vấn đề không tương thích, như trường hợp của Android những ngày đầu khi Google không áp đặt các hướng dẫn nghiêm ngặt hơn. Nếu mỗi công ty tạo ra một phiên bản RISC-V hơi khác nhau, hệ sinh thái có thể bị phân mảnh, buộc các nhà phát triển phải điều chỉnh phần mềm của họ cho nhiều cách triển khai thay vì viết một lần và triển khai ở mọi nơi. Tổ chức RISC-V International Foundation đang cố gắng chuẩn hóa các phần mở rộng; tuy nhiên, việc thực thi các tiêu chuẩn này sẽ rất khó khăn khi việc áp dụng ngày càng tăng.
Liệu RISC-V có thực sự cạnh tranh được với ARM trên di động và x86 trên PC?
Con đường đến thị trường chính vẫn còn dài
Rõ ràng là RISC-V đang có đà phát triển trong cuộc chiến chống lại kiến trúc x86 và ARM ở một số lĩnh vực, nhưng nó chưa sẵn sàng để thay thế ARM hoặc x86 trên thị trường chính thống. Trong lĩnh vực di động, sự hậu thuẫn của Google cho thấy tiềm năng, nhưng điện thoại RISC-V vẫn còn nhiều năm nữa mới xuất hiện. Trên PC, x86 vẫn là vua, và những khó khăn của ARM với khả năng tương thích Windows càng nhấn mạnh mức độ thách thức để thay thế các nền tảng đã ăn sâu vào thị trường. Laptop RISC-V có thể xuất hiện trong giới phát triển, nhưng việc áp dụng rộng rãi trên thị trường đại chúng vẫn còn là một viễn cảnh xa vời ở thời điểm hiện tại.
Hình ảnh bảng quảng cáo cho hội nghị thượng đỉnh RISC-VNguồn: @risc_v qua X
Nơi RISC-V có tiềm năng thực sự là ở các hệ thống nhúng, thiết kế công suất thấp và bộ tăng tốc AI – những lĩnh vực mà chi phí, hiệu quả và tính linh hoạt quan trọng hơn phần mềm kế thừa. Thách thức lớn nhất của nó là thiếu hỗ trợ phần mềm, điều này sẽ không được cải thiện cho đến khi có nhiều nhà sản xuất và nhà cung cấp bắt đầu cam kết. Hiện tại, ARM và x86 vẫn an toàn, nhưng nếu lịch sử là kim chỉ nam, các kiến trúc ngách của ngày hôm nay có thể trở thành tiêu chuẩn của ngày mai, đặc biệt nếu những người chơi phù hợp tham gia vào cuộc chơi.
RISC-V đang vẽ nên một chương mới cho ngành công nghiệp bán dẫn với những lợi thế độc đáo. Hãy cùng 123thuthuat.com tiếp tục theo dõi và cập nhật những diễn biến mới nhất về kiến trúc đầy hứa hẹn này. Bạn nghĩ sao về tương lai của RISC-V? Hãy để lại bình luận bên dưới nhé!
