Trong hai thập kỷ qua, cuộc chiến giành quyền thống trị thị trường kiến trúc máy tính đã chứng kiến sự cạnh tranh gay gắt giữa hai gã khổng lồ: laptop và máy tính để bàn. Theo truyền thống, các thiết bị này chủ yếu dựa trên kiến trúc x86, trong khi hầu hết điện thoại thông minh trên thế giới lại được xây dựng trên kiến trúc ARM. Gần đây, nỗ lực của Qualcomm và Microsoft với hệ điều hành Windows trên ARM đã thu hút sự chú ý đáng kể trong không gian laptop. Tuy nhiên, một “tay chơi mới” khác đang nổi lên mạnh mẽ là RISC-V, một kiến trúc tập lệnh mã nguồn mở được kỳ vọng sẽ thay đổi cuộc chơi trên thị trường công nghệ toàn cầu.
Với sự hậu thuẫn từ những tên tuổi lớn như Google, Qualcomm và Intel, RISC-V rõ ràng không phải là một chiêu trò quảng cáo nhất thời. Câu hỏi đặt ra là: Liệu kiến trúc RISC-V sẽ trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với ARM trong lĩnh vực điện thoại thông minh và x86 trong máy tính cá nhân, hay đây chỉ là một lựa chọn thay thế được cường điệu hóa? Bài viết này sẽ đi sâu phân tích tiềm năng và thách thức của RISC-V trong bức tranh cạnh tranh khốc liệt của ngành công nghiệp bán dẫn.
Các bảng mạch RISC-V thay thế Raspberry Pi
Điều Gì Khiến RISC-V Khác Biệt So Với Các Đối Thủ?
Sự khác biệt cốt lõi của RISC-V so với ARM, Intel và AMD
Một trong những yếu tố quan trọng nhất giúp RISC-V nổi bật so với các thiết kế kiến trúc CPU khác chính là việc không có bất kỳ công ty nào sở hữu hoàn toàn kiến trúc RISC-V hay các thiết kế liên quan đến nó. Ngược lại, các kiến trúc như ARM và x86 thường yêu cầu các nhà sản xuất phải cấp phép để triển khai thiết kế của họ vào sản phẩm, chẳng hạn như điện thoại thông minh.
RISC-V ISA (Instruction Set Architecture – Kiến trúc Tập lệnh) là một kiến trúc 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. Chính ưu điểm này đã thu hút nhiều công ty, và nỗ lực mua lại ARM không thành công của NVIDIA đã làm dấy lên những câu hỏi rõ ràng về tính trung lập của ARM trong hệ sinh thái. Khả năng tùy chỉnh là một lợi thế lớn khác của RISC-V.
Chiến lược của ARM là khiến các nhà sản xuất chip sử dụng các lõi được thiết kế sẵn (loạt Cortex) hoặc mua giấy phép kiến trúc với chi phí bổ sung (như cách Qualcomm và Apple đang làm). RISC-V không yêu cầu điều này, loại bỏ các chi phí cấp phép hoặc phí áp dụng ISA bổ sung. Việc áp dụng RISC-V cho phép người dùng thiết kế các phiên bản lõi tùy chỉnh mà không bị hạn chế, làm cho nó trở nên phù hợp cho các bộ tăng tốc AI, thiết bị IoT và điện toán biên (edge computing).
Hình ảnh chiếu số lượng chip RISC-V dự kiến
Tuy nhiên, trong khi tùy chỉnh là một lợi thế, nó cũng tiềm ẩn nguy cơ phân mảnh. Mô hình cấp phép của ARM cung cấp một mức độ tiêu chuẩn hóa nhất định, trong đó phần mềm biên dịch cho một SoC (System on Chip) dựa trên ARM thường sẽ chạy trên một SoC ARM khác. RISC-V, mặt khác, cho phép các công ty tùy chỉnh ISA, điều này có thể gây ra các vấn đề không tương thích nếu nhà sản xuất không tuân thủ các tiêu chuẩn chung. Cách hệ sinh thái RISC-V được quản lý sẽ rất quan trọng để xác định liệu sự linh hoạt này có tiếp tục là lợi thế hay trở thành nhược điểm trong dài hạn.
RISC-V Đang Dẫn Trước Các Đối Thủ Ở Đâu?
Các lĩnh vực RISC-V có thể cạnh tranh với x86 và ARM
RISC-V đã và đang phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực và thiết bị như vi điều khiển, bộ tăng tốc AI và hệ thống nhúng. SiFive, T-Head của Alibaba và nhiều công ty khác đã tích hợp bộ xử lý RISC-V vào các sản phẩm 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 dựa trên RISC-V là có thể, nhưng đó không phải là điều chúng ta có thể mong đợi sớm. Google vẫn đang cân nhắc về nơi và cách thức Android trên RISC-V sẽ được sử dụng; họ đã từng công bố rồi lại rút lại quyết định trong quá khứ, điều này không tạo nhiều niềm tin như RISC-V mong muốn.
Nhóm cố vấn hệ sinh thái x86
Ngoài IoT và AI, laptop và máy chủ là những biên giới tiếp theo. Qualcomm, gã khổng lồ vốn ưa chuộng các thiết kế ISA ARM, đã thử nghiệm RISC-V trong các trường hợp sử dụng điện toán công suất thấp. Ventana Micro Systems và Tenstorrent cũng đang phát triển các bộ xử lý RISC-V hiệu năng cao.
Intel, nhà bảo vệ trung thành lâu năm của nền tảng x86, cũng đã đầu tư vào nền tảng RISC-V, mặc dù có thể là để triển khai ở các thị trường ngách hơn chứ không phải là một phần trong các thiết kế cốt lõi của họ. Điều này bao gồm việc thành lập Nhóm Cố vấn Hệ sinh thái x86 bởi cả Intel và AMD vào năm ngoái để đảm bảo các giải pháp phần cứng, phần mềm và giải pháp toàn diện tiên tiến.
Sự thúc đẩy vào các khối lượng công việc đám mây và máy chủ là nơi mọi thứ trở nên thú vị. Các hyperscaler như Google, Amazon và Meta đều đã thể hiện sự quan tâm đến RISC-V, không nhất thiết để thay thế x86 hoặc ARM hoàn toàn, mà để tạo ra silicon tùy chỉnh cho các khối lượng công việc cụ thể. Khả năng thiết kế lõi cho các trường hợp sử dụng nội bộ mà không phải trả phí cấp phép phù hợp với xu hướng tích hợp theo chiều dọc. Nếu một nhà cung cấp lớn trong ngành, như AWS, vốn đã có bộ xử lý Graviton dựa trên ARM, có thể thấy một số giá trị trong việc áp dụng RISC-V cho các khối lượng công việc chuyên biệt, điều đó có thể dần dần làm xói mòn sự thống trị của ARM trên thị trường trung tâm dữ liệu.
Những Thách Thức RISC-V Phải Đối Mặt
Các rào cản lớn đối với RISC-V trong cạnh tranh với x86 và ARM
Bất chấp những lời 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 suất và hỗ trợ phần mềm. Dưới đây là một số thách thức chính mà RISC-V phải đối mặt khi so sánh với kiến trúc ARM và x86.
Hệ sinh thái phần mềm: Hàng thập kỷ phát triển phần mềm tối ưu đã ưu ái ARM và x86. Hỗ trợ Linux cho RISC-V ISA đang được cải thiện, nhưng chưa có sự hỗ trợ nào cho Windows, và Android chỉ mới bắt đầu phát triển gần đây. Việc thiếu hỗ trợ phần mềm trưởng thành đã là gót chân Achilles 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.
Hệ sinh thái Google
Hiệu suất: ARM và x86 đã dành hàng thập kỷ để điều chỉnh kiến trúc của họ nhằm đạt hiệu quả và hiệu suất tối đa. Chip RISC-V hiện tại thường tụt hậu so với những gì ARM tốt nhất cung cấp, đặc biệt 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 vẫn đang cố gắng bắt kịp. Mặc dù nó dẫn đầu về hiệu quả đối với các ứng dụng nhúng, nhưng điện toán hiệu năng cao là một điểm yếu. Các đổi mới kiến trúc như thực thi ngoài thứ tự (out-of-order execution), thực thi dự đoán (speculative execution) và dự đoán nhánh (branch prediction) vẫn còn trong giai đoạn sơ khai đối với các thiết kế RISC-V.
Nguy cơ phân mảnh: Tùy chỉnh là con dao hai lưỡi. Quá nhiều triển khai RISC-V đa dạng có thể dẫn đến các vấn đề không tương thích, như trường hợp của Android trong những ngày đầu khi Google không áp đặt các nguyên tắc nghiêm ngặt hơn. Nếu mỗi công ty tạo ra một phiên bản RISC-V hơi khác nhau, hệ sinh thái có thể trở nên phân mảnh, với các nhà phát triển phải điều chỉnh phần mềm của họ cho nhiều triển khai thay vì viết một lần và triển khai ở mọi nơi. Tổ chức RISC-V International Foundation đang cố gắng tiêu 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.
RISC-V Có Thực Sự Đủ Khả Năng Cạnh Tranh Với ARM Cho Di Động Và x86 Cho PC?
Kết quả nhất quán và ổn định vẫn còn khó đạt được so với các đối thủ
Bảng quảng cáo hội nghị thượng đỉnh RISC-V
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 trong thị trường chính thống. Trong không gian di động, sự ủng hộ của Google cho thấy tiềm năng, nhưng điện thoại RISC-V vẫn còn nhiều năm nữa mới xuất hiện. Trên PC, x86 vẫn chiếm ưu thế tối cao, và những khó khăn của ARM với khả năng tương thích Windows càng nhấn mạnh mức độ thách thức khi muốn thay thế các nền tảng đã ăn sâu. Laptop RISC-V có thể xuất hiện trong giới nhà phát triển, nhưng việc áp dụng rộng rãi trên thị trường vẫn còn là một chặng đường dài.
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 cải thiện cho đến khi 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 một kim chỉ nam, các kiến trúc ngách của ngày hôm nay có thể trở thành tiêu chuẩn của ngày mai, đặc biệt nếu các “tay chơi” phù hợp tham gia cuộc chơi.
Hãy cùng congnghemoi.net theo dõi và thảo luận về tương lai đầy hứa hẹn của kiến trúc RISC-V trong thế giới công nghệ!
