Chip Apple M1 so với Bộ xử lý Intel x86: Sự khác biệt là gì?

22 tháng 6^ndNăm 2020 đánh dấu một cột mốc quan trọng đối với Apple với việc công bố dòng CPU di động và máy tính để bàn tùy chỉnh hoàn toàn mới mang nhãn hiệu “Apple Silicon”. Cho đến thời điểm đó và ngay cả tại thời điểm viết bài, Apple đã hợp tác với Intel để cung cấp CPU cho các sản phẩm máy tính xách tay và máy tính để bàn của họ như MacBook Pro và Mac Pro. Với việc công bố dòng sản phẩm silicon tùy chỉnh mới này, Apple đang có kế hoạch chuyển đổi khỏi các CPU do Intel cung cấp để chuyển sang các bộ vi xử lý mà hãng hướng đến phát triển và sản xuất độc lập.

Apple đã và đang phát triển và sản xuất bộ vi xử lý tùy chỉnh của riêng mình cho iPhone của mình với thành công vang dội, và không có gì ngạc nhiên khi giờ đây họ muốn khuếch đại sự hoan nghênh đó bằng cách nhắm mục tiêu vào thị trường CPU di động và máy tính để bàn. Động thái này càng được chứng minh là do Intel gần đây hoàn toàn thiếu sự đổi mới và tiến bộ không chỉ trong các dòng sản phẩm CPU máy tính để bàn mà còn trên thị trường CPU máy tính xách tay, nơi các thông số như hiệu suất chiếm ưu thế tối cao. Intel đã có những vấn đề được ghi nhận rõ ràng với việc chuyển mục tiêu sang quy trình sản xuất 10nm, vì vậy họ vẫn đang bị mắc kẹt ở 14nm cho hầu hết các sản phẩm của mình cho đến thời điểm hiện tại. Điều này làm cho quá trình chuyển đổi từ Intel sang Silicon của Apple càng trở nên quan trọng hơn đối với một công ty có danh tiếng như Apple.

Apple Silicon

Chúng tôi đã đề cập đến những điều cơ bản về Apple Silicon và ý nghĩa của nó đối với Intel trong bài viết này, nhưng trong phần nội dung hôm nay, chúng ta có một loạt thông tin mới về Apple Silicon, bao gồm cả sản phẩm đầu tiên mà Apple chính thức sản xuất với thương hiệu Apple Silicon. Apple Silicon về cơ bản có nghĩa là một dòng vi xử lý mà Apple có toàn quyền kiểm soát, có thể là thiết kế, sản xuất, sản xuất, hiệu suất, tối ưu hóa hoặc những gì bạn có. Apple đặt mục tiêu cải thiện theo cấp số nhân trải nghiệm người dùng và hiệu suất của các sản phẩm máy tính xách tay và máy tính để bàn của mình với dòng sản phẩm CPU này vì những sản phẩm đó đã phần nào đình trệ do không đạt được hiệu suất đáng kể từ phía Intel.

Apple Silicon cũng đang thực hiện một cách tiếp cận hoàn toàn khác đối với việc sản xuất bộ vi xử lý so với Intel. Không giống như các bộ xử lý của Intel dựa trên kiến ​​trúc x86, Apple đang dựa trên các CPU tùy chỉnh của mình dựa trên kiến ​​trúc ARM, đi kèm với một loạt các lợi ích và bất lợi như được tìm hiểu ở phần sau của bài viết. Kết hợp kiến ​​trúc ARM với quy trình sản xuất 5nm của Apple, Apple đặt mục tiêu sản xuất bộ vi xử lý tùy chỉnh vượt trội hơn các sản phẩm của Intel không chỉ về hiệu suất mà còn về hiệu quả, đây là mối quan tâm lớn đối với các sản phẩm máy tính xách tay như dòng MacBook.

Chip Apple M1

Sản phẩm đầu tiên của Apple mang thương hiệu Apple Silicon ra mắt vào ngày 10 tháng 11^{thứ tự}, Năm 2020 mang tên Apple M1. Đây là con chip tùy chỉnh được Apple phát triển dựa trên kiến ​​trúc ARM và được sản xuất trên quy trình 5nm. Apple M1 hứa hẹn hiệu suất hàng đầu trong ngành, các tính năng mạnh mẽ và hiệu quả đáng kinh ngạc cho người dùng máy tính xách tay và máy tính để bàn khai thác sức mạnh của con chip này. Là một hệ thống trên chip (SoC), M1 kết hợp nhiều công nghệ mạnh mẽ vào một chip duy nhất trong một thiết kế thực sự thú vị và sáng tạo mà Intel hay AMD chưa từng thấy trước đây. Chưa kể, M1 là chip máy tính cá nhân đầu tiên được chế tạo bằng nút tiến trình 5 nm.

Apple đã đưa ra một loạt tuyên bố táo bạo về hiệu suất và hiệu quả dự kiến ​​của chip Apple M1. Theo Apple, M1 có lõi CPU nhanh nhất thế giới bằng silicon công suất thấp, hiệu suất trên mỗi watt tốt nhất thế giới, đồ họa tích hợp nhanh nhất thế giới trong máy tính cá nhân, hiệu suất máy học đột phá với Apple Neural Engine. Apple tuyên bố rằng M1 mang lại bước nhảy vọt lớn nhất từ ​​trước đến nay cho Mac.

Các sản phẩm

Tính đến thời điểm viết bài, Apple đã phát hành chip M1 trên 3 sản phẩm tiêu dùng chính của mình. Apple Mac Mini, MacBook Air và MacBook Pro 13 ”hiện cung cấp cấu hình với chip Apple M1 thay vì các sản phẩm CPU x86 của Intel đã phổ biến trong các sản phẩm này trước đây. Trên thực tế, Apple không đột ngột loại bỏ các sản phẩm MacBook và Mac dựa trên Intel, thay vào đó, các sản phẩm này có nghĩa là sẽ cùng tồn tại trong cùng một dòng sản phẩm với nhau trong ít nhất hai năm. Apple đã lên kế hoạch cho một giai đoạn chuyển đổi cho các dòng sản phẩm của mình, hiện dự kiến ​​sẽ kéo dài khoảng 2 năm. Vào cuối giai đoạn chuyển đổi đó, tất cả các thiết bị của Apple được cho là sẽ được cung cấp bởi bộ vi xử lý Apple Silicon thay vì bộ vi xử lý x86 của Intel.

Mac Mini được trang bị Apple M1 có giá khởi điểm 699 đô la, MacBook Air có giá khởi điểm 999 đô la và MacBook Pro có giá khởi điểm từ 1299 đô la.

Kiến trúc và thiết kế cốt lõi

Cho đến nay, một sản phẩm Mac hoặc MacBook cần nhiều chip để cung cấp tất cả các tính năng của nó. Nhiều thành phần như CPU, bộ nhớ, GPU, I / O và các thành phần bảo mật cần được lắp ráp bên trong sản phẩm và liên kết với nhau để cung cấp hiệu suất tối đa mà sản phẩm đã yêu cầu. Chip Apple M1 là một hệ thống-trên-chip (SoC) duy nhất kết hợp một số thành phần chính vào một gói nhỏ duy nhất và mang lại mức độ tích hợp cao, rất quan trọng để tăng hiệu suất và hiệu suất. Chip M1 có 16 tỷ bóng bán dẫn khổng lồ, đây là số lượng bóng bán dẫn cao nhất mà Apple từng đưa vào một con chip.

M1 là trung tâm của nó, một CPU 8 nhân được thiết kế để tối đa hóa cả hiệu suất và hiệu quả. Vì lý do này, nó có bốn lõi hiệu suất cao và bốn lõi hiệu suất cao cho phép chip M1 đánh đổi hiệu suất để đạt được hiệu quả khi cần thiết. Apple tuyên bố rằng lõi hiệu suất cao của họ là lõi CPU nhanh nhất thế giới khi nói đến silicon năng lượng thấp, do đó, khối lượng công việc đa luồng sẽ trở nên dễ dàng đối với các lõi này. Các lõi hiệu suất cao sử dụng một phần mười sức mạnh của các lõi nhanh hơn trong khi vẫn duy trì hiệu suất cơ bản. Các lõi này chạy các tác vụ nhẹ và các ứng dụng nền trong khi các lõi năng lượng cao xử lý các khối lượng công việc khắt khe nhất.

Trong một động thái không mấy ngạc nhiên, Apple đã tích hợp GPU vào bên trong chip M1 và điều này càng làm tăng thêm sức nặng cho tuyên bố của Apple về việc M1 là một “Hệ thống trên một con chip” hoàn chỉnh. GPU tích hợp của M1 nhằm mục đích đạt được sự cân bằng giữa hiệu suất và hiệu quả, điều quan trọng trong các sản phẩm di động như MacBook. Theo Apple, GPU cũng bao gồm 8 lõi và có khả năng thực hiện gần 25.000 luồng cùng một lúc. Apple cũng tuyên bố rằng đây là bộ xử lý đồ họa tiên tiến nhất mà họ từng chế tạo.

M1 cũng có Neural Engine 16 lõi được tích hợp trong thiết kế cốt lõi của bộ vi xử lý. Neural Engine rõ ràng có khả năng thực hiện 11 nghìn tỷ hoạt động mỗi giây, điều này có thể giúp ích rất nhiều cho các ứng dụng học máy và AI. Neural Engine này, kết hợp với GPU tích hợp tuyệt vời của M1 khiến nó trở thành ứng cử viên chỉnh sửa và kết xuất tuyệt vời trong các ứng dụng như Final Cut Pro. Neural Engine mới tự hào có hiệu suất học máy nhanh hơn gấp 15 lần so với các sản phẩm Mac trước đây.

Apple cũng đã đi trước và hợp nhất bộ nhớ hệ thống với phần còn lại của các thành phần chip trong M1. RAM của Mac Mini hoặc MacBook giờ đây sẽ được tích hợp trực tiếp vào chip, vì vậy nó có liên kết trực tiếp với CPU và các thành phần khác bên trong SoC. UMA tuyên bố hợp nhất bộ nhớ băng thông cao, độ trễ thấp thành một nhóm duy nhất trong một gói tùy chỉnh để tất cả các thành phần của SoC có thể truy cập cùng một dữ liệu mà không cần sao chép nó giữa nhiều nhóm bộ nhớ. Mặc dù vậy, RAM tích hợp có một nhược điểm lớn là người dùng không thể nâng cấp hoặc hoán đổi RAM.

Cải tiến so với Bộ xử lý Intel x86

Quyết định của Apple trong việc chuyển đổi khỏi Intel và hướng tới dòng CPU dựa trên ARM của riêng mình chủ yếu được quyết định bởi 3 yếu tố chính.

Hiệu quả

Dựa trên quy trình 14nm cũ kỹ, các CPU Intel trong các sản phẩm MacBook và Mac hiện tại hoạt động kém hiệu quả dẫn đến các vấn đề tiêu thụ điện năng cao và điều tiết nhiệt, đặc biệt là trong máy tính xách tay. Những vấn đề này đã cản trở hiệu suất tiềm năng của các sản phẩm MacBook và Mac và Apple chắc chắn không hài lòng với sự thiếu đổi mới của Intel ở đây.

Với việc giới thiệu Chip M1, Apple tuyên bố hiệu suất trên mỗi watt cao hơn gấp 3 lần so với các CPU thế hệ trước. Điều này cho phép SoC bên trong MacBook chạy mát hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều so với các CPU dựa trên x86 của Intel. Việc loại bỏ bất kỳ hạn chế nhiệt nào cho phép chip M1 đạt được tiềm năng hiệu suất tối đa ngay cả khi không làm mát tích cực như trong Mac Mini và MacBook Air.

Ấn tượng hơn nữa là thời lượng pin hiện đã được cải thiện đáng kể của MacBook dựa trên M1 mới. Apple tuyên bố lên đến 17 giờ duyệt web không dây và 20 giờ xem phim trên MacBook Pro 13 inch. Đây là những con số vô lý dường như là chính xác cho đến khi thử nghiệm ban đầu. Thời lượng pin đáng kinh ngạc này là kết quả trực tiếp của việc cải thiện hiệu suất của chip Apple M1.

Tốc độ

Chip M1 không chỉ là nhà vô địch về hiệu quả mà còn về hiệu suất thô. Cấu trúc liên kết chặt chẽ của SoC kết hợp với thiết kế của các lõi hiệu suất cao và hiệu suất cao mang đến hiệu suất CPU nhanh hơn tới 2 lần khi so sánh với thế hệ Intel tương đương trước đó. Ấn tượng hơn nữa là nó chỉ sử dụng 25% năng lượng mà chip PC sử dụng trong cùng một kịch bản. Điều này nói lên rất nhiều về hiệu suất và hiệu quả của chip M1 không chỉ hiện nay mà còn trong tương lai.

Apple cũng tuyên bố rằng GPU tích hợp bên trong M1 mang lại hiệu suất đồ họa cao hơn đáng kể so với chip máy tính xách tay PC mới nhất cho tốc độ đồ họa lên đến gấp đôi. Nó không chỉ đánh bại hoặc phù hợp với đối tác PC đó, mà còn làm như vậy khi chỉ sử dụng 33% sức mạnh mà chip PC đã sử dụng trong cùng một kịch bản. Với thông lượng 2,6 teraflop, Apple tuyên bố rằng M1 có đồ họa tích hợp nhanh nhất thế giới trong một máy tính cá nhân. Hiệu quả và hiệu suất như vậy, kết hợp với công việc tối ưu hóa mở rộng mà Apple nổi tiếng, có thể khiến M1 và các sản phẩm Apple Silicon trong tương lai trở nên cực kỳ khó cạnh tranh với các đối thủ PC.

Theo Apple, kết quả của tất cả những cải tiến này, M1 mang lại hiệu suất CPU nhanh hơn 3,5 lần, hiệu suất GPU nhanh hơn tới 6 lần và máy học nhanh hơn tới 15 lần, đồng thời cho phép tuổi thọ pin dài hơn gấp đôi so với thế hệ trước Máy Mac.

Tối ưu hóa

Apple là một công ty thích kiểm soát mọi khía cạnh của quá trình sản xuất khi nói đến các sản phẩm của riêng họ. Vì Apple đã có hệ điều hành của riêng mình, nên việc sản xuất CPU tùy chỉnh và các thành phần khác được thiết kế riêng cho hệ điều hành đó sẽ cho phép Apple tối ưu hóa trải nghiệm của người dùng cuối rất nhiều. Apple có thể tinh chỉnh hiệu suất của chip M1 để phù hợp với nhu cầu và mong đợi của hệ điều hành và các ứng dụng của nó, trong khi hệ điều hành sẽ có thời gian dễ dàng hơn khi nói chuyện với chip M1 và các thành phần khác của nó. Điều này sẽ cho phép mức độ chi tiết và kiểm soát cao hơn nhiều, có thể dẫn đến trải nghiệm tốt hơn nhiều so với trước đây với CPU Intel.

Ngoài ra, macOS Big Sur được thiết kế để tận dụng tối đa tất cả khả năng và sức mạnh của chip M1 như Apple tuyên bố rằng đây là phần mềm mạnh nhất từng chạy trên phần cứng tiên tiến nhất của họ. M1 và Big Sur không chỉ hứa hẹn hiệu suất cực nhanh và các tính năng như Instant Wake mà còn mang lại mức độ bảo mật cao cho thiết bị bằng cách khóa mọi thứ vào hệ sinh thái của Apple.

Việc nắm quyền kiểm soát toàn bộ quá trình sản xuất và phát triển đã cho phép Apple giới thiệu một loạt các công nghệ tùy chỉnh trong chip Apple M1, bao gồm:

• Bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP) mới nhất của Apple cho video chất lượng cao hơn với khả năng giảm nhiễu tốt hơn, dải động lớn hơn và cân bằng trắng tự động được cải thiện.
• Secure Enclave mới nhất cho khả năng bảo mật tốt nhất trong lớp.
• Bộ điều khiển lưu trữ hiệu suất cao với phần cứng mã hóa AES cho hiệu suất SSD nhanh hơn và an toàn hơn.
• Công cụ mã hóa và giải mã phương tiện công suất thấp, hiệu quả cao để có hiệu suất tuyệt vời và kéo dài tuổi thọ pin.
• Bộ điều khiển Thunderbolt do Apple thiết kế có hỗ trợ USB 4, tốc độ truyền lên đến 40Gbps và khả năng tương thích với nhiều thiết bị ngoại vi hơn bao giờ hết.

Những công nghệ tùy chỉnh này bổ sung vào danh sách đầy hứa hẹn các tính năng tùy chỉnh mà Apple đang tích hợp vào bộ vi xử lý Apple Silicon của mình.

Chuyển tiếp

Kế hoạch ngay lập tức của Apple sau thông báo này là làm cho quá trình chuyển đổi này diễn ra suôn sẻ và không phức tạp nhất có thể cho cả nhà phát triển và người dùng cuối. Lưu ý điều này, Apple đã chọn tùy chọn giữ lại các máy Mac dựa trên CPU Intel vẫn còn trên thị trường, đồng thời giới thiệu các máy Mac mới dựa trên Apple Silicon. Sự đồng tồn tại này sẽ là động lực thúc đẩy quá trình chuyển đổi liền mạch mà Apple đã lên kế hoạch. Vào cuối năm nay, chúng ta có thể mong đợi máy Mac dựa trên Apple Silicon sẽ được tung ra thị trường, trong khi máy Mac dựa trên Intel cũng sẽ chia sẻ không gian thị trường trong thời điểm hiện tại. Quá trình chuyển đổi đầy đủ sẽ mất khoảng hai năm nếu mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch.

Apple đã thực hiện các bước thích hợp trong quá trình chuyển các ứng dụng hiện có của mình sang hệ sinh thái mới được cung cấp bởi silicon mới. Với macOS Big Sur, Apple đã cung cấp cho các nhà phát triển XCode 12, có các công cụ tích hợp sẵn như trình biên dịch, trình chỉnh sửa và công cụ gỡ lỗi gốc. Apple tuyên bố rằng sử dụng bộ phần mềm này, hầu hết các nhà phát triển sẽ có thể chuyển các ứng dụng của họ sang máy Mac chạy trên Apple Silicon trong vài ngày tới. Apple cũng đã tung ra tệp nhị phân ứng dụng Universal 2 sẽ cho phép các nhà phát triển tạo một ứng dụng duy nhất sẽ tương thích với cả máy Mac chạy Apple Silicon mới hơn cũng như máy Mac chạy Intel cũ hơn. Với công nghệ chuyển tiếp của Rosetta 2, người dùng sẽ có thể sử dụng các ứng dụng hiện có chưa được cập nhật. Các chương trình này sẽ cho phép quá trình chuyển đổi từ Intel sang các CPU của riêng Apple diễn ra liền mạch nhất có thể.

Tương lai

Mặc dù không ai có thể nói chắc tương lai sẽ ra sao đối với các sản phẩm Apple Silicon, nhưng mọi thứ chắc chắn đang đi đúng hướng nếu khởi đầu là bất cứ điều gì xảy ra. Apple đã tạo dựng được một chỗ đứng cực kỳ vững chắc trong không gian CPU với M1 và mặc dù nó có thể không phải là đối thủ trực tiếp của những CPU máy tính để bàn mạnh nhất nhưng hiệu năng và hiệu quả mà nó mang lại hiện nay là vô song trong các sản phẩm máy tính xách tay hiện nay. Điều này, kết hợp với khả năng tối ưu hóa mở rộng mà Apple có thể thực hiện, khiến M1 trở thành một lựa chọn mạnh mẽ cho những người mua tiềm năng tại thời điểm viết bài.

Tuy nhiên, toàn bộ hệ sinh thái Apple Silicon này vẫn còn sơ khai và đang trải qua một giai đoạn chuyển đổi. Người mua tiềm năng có thể muốn lùi lại một chút và phân tích tình hình một chút trước khi đưa ra quyết định. Nỗ lực đầu tiên của Apple đối với silicon tùy chỉnh của riêng họ đã mang lại cho chúng ta những cải tiến theo cấp số nhân về hiệu suất, hiệu quả và tuổi thọ pin so với các đối tác Intel thế hệ trước, vì vậy có thể yên tâm cho rằng các lần lặp lại trong tương lai của M1 hoặc các sản phẩm Apple Silicon khác có thể mang lại bước nhảy lớn hơn và thậm chí có thể với chi phí thấp hơn. Chưa kể, toàn bộ hệ thống chuyển đổi vẫn cần phải được hoàn thiện một cách hoàn hảo vì người dùng đã báo cáo một số lỗi ban đầu với các ứng dụng chuyên nghiệp và tiêu dùng khác nhau. Là một chuyên gia, bạn chắc chắn nên tránh chọn công nghệ mới này ít nhất trong hai năm tới cho đến khi toàn bộ quá trình chuyển đổi hoàn tất.

Apple dường như đã có kế hoạch công bố Chip M1X, là phiên bản cải tiến, số lượng lõi cao của Apple M1 dành cho MacBook Pro 16 inch. Nhiều CPU hơn với số lõi cao hơn dự kiến ​​sẽ được công bố sau cho iMac dành cho Máy tính để bàn và Mac Pro, vì vậy nó sẽ trở nên khá đông đúc trong dòng sản phẩm khá nhanh chóng. Do đó, bạn nên chờ đợi làn sóng ban đầu của các sản phẩm Apple Silicon và chờ đợi các bản phát hành CPU hoàn thiện hơn sau này có thể hoàn toàn phù hợp với nhu cầu của bạn.

Từ cuối cùng

Apple chắc chắn đã tham gia vào thị trường CPU máy tính để bàn một cách rất mạnh mẽ, mang trải nghiệm kỹ thuật rộng lớn của mình từ iPhone sang các sản phẩm Apple Silicon dựa trên ARM. Những CPU này hứa hẹn sẽ mang đến những cải tiến lớn so với thế hệ sản phẩm Mac cuối cùng không chỉ về hiệu suất mà còn về hiệu suất để tối đa hóa các tính năng như tuổi thọ pin. Sử dụng một thiết kế hoàn toàn tùy chỉnh, Apple dường như đã làm chính xác điều đó với M1, con chip tiêu dùng đầu tiên được phát hành dưới thương hiệu Apple Silicon.

M1 là một SoC tùy chỉnh do Apple phát triển và sản xuất, kết hợp CPU, GPU, bộ nhớ và công cụ thần kinh thành một gói nhỏ để đơn giản hóa giao tiếp và giảm độ trễ giữa các thành phần khác nhau. Thiết kế SoC dựa trên quy trình 5nm mang lại những cải tiến lớn về hiệu suất và hiệu suất do một số yếu tố góp phần so với các đối tác Intel.

Apple đã vạch ra một giai đoạn chuyển tiếp hai năm để tất cả các sản phẩm Mac của họ chuyển hoàn toàn từ CPU Intel sang CPU Apple Silicon của riêng họ. Mặc dù trong khoảng thời gian đó, Apple đặt mục tiêu hỗ trợ đồng thời cả phiên bản Intel và các phiên bản Apple của Mac và MacBook, thời gian hỗ trợ và tối ưu hóa kéo dài cho các máy Mac dựa trên Silicon của Apple được cho là sẽ lâu hơn. Apple cũng đã thực hiện một công việc đáng kinh ngạc với việc tối ưu hóa ứng dụng không chỉ cho các nhà phát triển mà còn cho người tiêu dùng nói chung với các chương trình như Rosetta 2.

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là toàn bộ quá trình chuyển đổi vẫn đang ở giai đoạn đầu. Vẫn còn rất nhiều khúc mắc cần phải giải quyết trong toàn bộ quá trình này và việc sử dụng một số CPU đầu tiên dựa trên Silicon của Apple đơn giản giống như việc bạn tự thiết lập cho mình "sự hối hận của người mua". Do đó, ít nhất đối với các chuyên gia sử dụng máy Apple của họ cho công việc, nên đợi các CPU Apple trưởng thành hơn với số lượng lõi cao hơn và quy trình sản xuất được cải thiện trước khi thực hiện thay đổi. Chương trình Apple Silicon vẫn ở đây và dường như là cách để áp dụng cho tất cả các sản phẩm của Apple tính đến thời điểm hiện tại.