Hé lộ kiến trúc 14 nm của AMD đối đầu với Intel Skylake

Sau thất bại trong việc tung ra kiến trúc Bulldozer, hãng sản xuất chip x86 lớn thứ hai thế giới đang "mài dao" chờ ngày "phục hận". Nhưng liệu kiến trúc chip mới có giúp AMD giành được vị thế cạnh tranh trước người khổng lồ Intel?

PC vẫn quan trọng

Mặc dù doanh số PC đã giảm đi trong những năm gần đây, song không thể phủ nhận rằng thị trường vẫn cần những chiếc máy tính để phục vụ những công việc mà smartphone hay tablet không đủ sức. Ngay cả ARM cũng "nuôi mộng" có thể tham gia vào sân chơi mà kiến trúc x86 của Intel đã thống trị hàng chục năm qua. Rất nhiều máy chủ và siêu máy tính hiện nay hoàn toàn chạy trên x86. Điều đó cho thấy mặc dù ARM đang tăng trưởng mạnh mẽ nhờ di động, không có nghĩa rằng x86 trên PC không còn tương lai. Ngay với Apple, doanh số máy Mac vẫn tăng trưởng đều theo các năm.

Vì vậy, việc Intel lẫn AMD đang và sẽ cung cấp sản phẩm gì cho thị trường vẫn là một mối lưu tâm cho những ai đang có ý định mua mới hay nâng cấp chiếc PC tại nhà hoặc hạ tầng PC cho doanh nghiệp của mình. Song AMD với các thất bại trong những năm gần đây, cộng thêm với khủng hoảng kinh tế cuối 2008 và ảnh hưởng về sau đấy, đã khiến cho sân chơi PC gần như chỉ còn mỗi Intel độc chiếm. Người ta tự hỏi liệu cuộc chơi PC đã hoàn toàn ngã ngũ?

Kiến trúc Bulldozer của AMD bị xem là một thất bại

Mọi thứ có lẽ sẽ như thế nếu lần trở lại vào 2016 này của AMD tiếp tục là một thất bại. Nhưng nếu hãng này có thể tạo ra được một dòng sản phẩm cạnh tranh được với Intel, thì câu trả lời là chưa. Theo một số slide hình ảnh rò rỉ gần đây, trong năm sau, công ty sản xuất cả CPU, GPU và APU này sẽ tung ra loạt sản phẩm mới dựa trên dây chuyền bán dẫn 14 nm, với 2 hạt nhân - kiến trúc Zen (x86) và K12 (kết hợp x86 cùng ARM). Trong bài này, chúng ta chỉ nói về kiến trúc Zen.

Điểm qua kiến trúc Zen

Sự ra đời của Zen (cũng như K12) có lẽ đến từ việc "cựu binh" Jim Keller, trưởng nhóm kiến trúc chip tại Apple, quay về với AMD từ hồi 2012. Trước đấy, Keller đã có thời gian dài làm việc tại AMD từ 1998 và là người đứng đầu dự án kiến trúc K8 - dự án đã đưa AMD đến với thành công khi đánh bại dòng chip Pentium 4 của Intel. Sau đấy Keller làm việc ở một số công ty khác và sau cùng là đầu quân cho Apple, với vai trò đứng đầu các dự án chip A4 & A5 dùng trên iPhone, iPod và iPad.

Slide rò rỉ kiến trúc Zen và Excavator

Do vậy với dự án lần này, hy vọng dành cho Zen là không nhỏ vì AMD đang ở thế không còn gì để mất và Keller là một bậc thầy trong làng thiết kế chip. Song chúng ta cũng cần bình tĩnh vì Intel cũng có không ít chuyên gia gạo cội khác. Hãng này cũng đang nắm giữ vị thế dẫn đầu về công nghệ bán dẫn - thứ đã giúp Intel đánh bại các đối thủ khác. Dự kiến trong năm nay, Intel sẽ tung ra thế hệ chip mới - Skylake cũng dựa trên 14 nm như Broadwell nhưng sử dụng kiến trúc mới. Nên áp lực cho AMD nói chung và đội ngũ của Keller là không hề nhỏ.

Vậy Keller đã làm gì để có thể đối phó với Intel? Từ các slide rò rỉ, dường như ông đã loại bỏ "ngôn ngữ" thiết kế module, với 2 nhân INT x86 (số nguyên) đi kèm 1 nhân FPU (số thực), được dùng từ kiến trúc Bulldozer (32 nm) cho đến Piledriver (32 nm), Steamroller (28 nm) và Excavator (28 nm, được tung ra trong năm nay). Thay vào đó, Keller trở về kiểu thiết kế "truyền thống", gồm 1 nhân số nguyên đi kèm với 1 nhân số thực. Nhưng như vậy thì hơn gì kiểu module?

Ý tưởng module khá thú vị nhưng nó cũng có nhược điểm. Đó là từng nhân số nguyên riêng biệt lại khá nhỏ (so với đối thủ) và do vậy trong những ứng dụng đơn luồng, các chip Bulldozer (và thế hệ theo sau) tỏ ra yếu thế trước Sandy Bridge, Ivy Bridge... của Intel. Để khắc phục điều này, Keller quay lại thiết kế kiểu cũ - ít nhân hơn nhưng từng nhân "to và khoẻ". Như trong slide, một nhân số nguyên Excavator có 4 luồng lệnh (pipeline) còn tương ứng bên Zen là 6 pipeline. Tại lúc này, chúng ta chưa rõ từng luồng lệnh là gì nhưng chắc hẳn khi xử lý đơn luồng, một nhân Zen sẽ mạnh hơn một nhân Excavator.

Một chip Zen phổ thông sẽ có 4 nhân dùng chung bộ đệm L3

Slide rò rỉ về siêu chip 16 nhân Zen kèm với GPU tích hợp của AMD

Một chi tiết đáng chú ý khác là Zen có thể sẽ có tính năng SMT, mà Intel gọi là Hyper-Threading (HT). Tức một nhân số nguyên có thể xử lý nhiều luồng ứng dụng cùng lúc, như trong slide là 2 luồng ứng dụng (2 mũi tên) trên một nhân. Tuy điều này chưa được AMD công nhận nhưng trong một số tài liệu rò rỉ trước đấy đã từng nêu về khả năng này, ví dụ một con chip có 16 nhân Zen nhưng có khả năng xử lý tới 32 luồng cùng lúc.

Với các ứng dụng PC phổ thông, năng lực xử lý số nguyên có ảnh hưởng nhiều nhất. Nhưng trong các ứng dụng cao cấp yêu cầu độ chính xác cao, năng lực số thực có ý nghĩa hơn cả. Và trên Zen, nhóm thiết kế của Keller cũng không quên điều đó. Dù không có nhiều thông tin vào lúc này, nhưng có vẻ bộ xử lý số thực của Zen sẽ hỗ trợ các thanh ghi (register) 256-bit, tương đương với kiến trúc Haswell/Broadwell của Intel hiện có và bự gấp đôi phần tương ứng trên Excavator. Có thể FPU của Zen sẽ hỗ trợ cả các tập lệnh AVX2.

Người dùng có thể mua được gì?

Dù ở trên chúng ta có nhiều mô tả như thế, song thực tế thứ người dùng nhận được là một con chip hoàn chỉnh, không phải từng nhân số nguyên hay số thực. Ứng với mỗi phân khúc sản phẩm, các con chip lại có số lượng nhân (cũng như giá thành) khác nhau.

Lộ trình 2015 - 2016 dành cho desktop của AMD

Từ các slide rò rỉ, có thể thấy AMD sẽ tung ra một socket mới trên desktop (máy bàn) có tên FM3. Socket này sẽ dùng được cho cả CPU và APU (CPU có kèm thêm GPU) chứ không đơn lẻ như AM3+ và FM2+ lúc trước. Tức người dùng hoàn toàn có thể trao đổi qua lại giữa APU và CPU trên cùng một mainboard.

Trong phiên bản cao cấp, AMD sẽ tung ra CPU Summit Ridge với 8 nhân Zen cho sức mạnh lớn nhất. Nhưng Summit Ridge sẽ không có GPU tích hợp nên người dùng sẽ phải trang bị card đồ hoạ rời cho hệ thống của mình. Thấp hơn một chút, trên các desktop phổ thông, người dùng có thể chọn các APU Bristol Ridge có 4 nhân Zen kèm theo GPU tích hợp. Do có sẵn GPU do AMD sản xuất nên Bristol Ridge cũng được "khuyến mãi" thêm các công nghệ dành riêng của hãng này như True Audio, HSA 1.0, Secure Processor.

Lộ trình 2015 - 2016 dành cho di động của AMD

Ở mức thấp hơn, dành cho các máy tính siêu nhỏ, người dùng có thể chọn các model APU Basilisk được hàn sẵn lên mainboard (BGA). Basilisk sẽ là một giải pháp tiết kiệm điện chỉ đáp ứng các ứng dụng văn phòng cơ bản nên nó chỉ có 2 nhân Zen và GPU tất nhiên cũng sẽ yếu hơn Bristol Ridge. Basilisk cũng sẽ có mặt trên laptop (máy xách tay) nhưng dường như được nhắm tới dòng máy ultrabook. Tương tự, Bristol Ridge cũng sẽ có phiên bản laptop nhưng dùng socket riêng chứ không phải FM3 và sức mạnh cũng bị hạn chế hơn.

Thay lời kết

Những slide vừa trên khá hấp dẫn, với nhiều thông tin có thể khiến cho fan AMD hào hứng. Song chúng là những hình ảnh rò rỉ chứ chưa được hãng này công bố chính thức. Dự kiến tại sự kiện Analyst Day sắp tới đây, AMD sẽ tiết lộ chi tiết kế hoạch trong 2015 và dự kiến 2016 của mình. Rất có thể một số thông tin sẽ không với những gì chúng ta vừa xem.

K12 nằm trong dự án Skybridge kết hợp cả nhân x86 và ARM của AMD

Một trong các thông tin khiến cho nhiều người thắc mắc là kiến trúc K12 (dựa trên ARM). Đây là dự án mà AMD muốn gia nhập cuộc chơi ARM nhưng không phải để chạy Android, thay vào đó là các dự án máy chủ siêu gọn (micro-server). Kết hợp với việc Windows RT đã "chết", không có lý do hợp lý nào để AMD tung ra các bản chip ARM dành cho thiết bị cá nhân, nơi vốn đã quá "chật" trước những đối thủ như Qualcomm, Samsung, MediaTek, Allwinner... Nhưng trong các slide trên lại có sự xuất hiện của Amur và Styx dành cho phân khúc siêu tiết kiệm điện. Điều này đặt ra những nghi vấn về sự chính xác của chúng.

Socket desktop tương lai của AMD có lẽ chỉ còn một loại

Do đó, các fan AMD cần cẩn trọng trước những thông tin này. Vì dù sao, hãng này cũng không ít lần khiến mọi người "mừng hụt".