Bộ xử lý trong smartphone của tôi còn có nhiều lõi CPU hơn cả chiếc máy tính bàn PC của tôi. Dù điều đó là sự thật, nhưng có gì đó không đúng. Làm thế nào thiết bị cầm tay nhỏ bé này có thể trang bị đến 8 lõi trong khi chiếc PC chỉ có 4? Liệu hiệu năng chiếc smartphone có tốt hơn chiếc PC? Liệu chiếc smartphone có cần đến 8 hay 10 lõi không?
Theo nhà bình luận công nghệ nổi tiếng của Forbes, ông Patrick Moorhead, một chiếc smartphone với 8 hay 10 lõi là một ý tưởng tồi tệ, bằng ví dụ về chiếc ô tô, ông sẽ giải thích lý do cho kết luận của mình.
Ý tưởng cơ bản của ông là: ô tô có động cơ, giống như smartphone có bộ xử lý. Số xylanh trong động cơ cũng tương đương như số lõi của bộ xử lý.
Trong quá khứ các nhà sản xuất ô tô sử dụng các động cơ với 8 xylanh, nhưng gần đây khi việc tiết kiệm nhiên liệu dần trở nên quan trọng, ngày càng nhiều các động cơ hiện giờ chỉ sử dụng bốn xylanh.
Vậy có thật các bộ xử lý 8 hay 10 lõi cũng là điều tồi tệ tương tự các động cơ 8 xylanh trong ô tô?
Cấu hình big.LITTLE
Có một điều cơ bản mà Moorhead bỏ sót là các lõi CPU trong bộ xử lý 8 hay 10 lõi không có cùng kích thước. Trong một chiếc ô tô, tất cả các xylanh đều có cùng công suất thể tích. Nhưng trong một CPU 8 lõi thì không phải vậy. Điều này hoàn toàn thay đổi sự cân bằng của mọi thứ.
Các bộ xử lý 8 lõi như Qualcomm 615, Qualcomm 810 hay Samsung Exynos 7420 đều sử dụng hai loại lõi, mỗi loại bốn lõi. Bốn lõi có hiệu suất cao và bốn lõi có hiệu quả sử dụng năng lượng tốt hơn.
Điều tiếp theo xảy ra sẽ phụ thuộc vào hệ điều hành của smartphone. Android sẽ chọn lõi tốt nhất cho từng tác vụ, và các lõi còn lại trong bộ xử lý sẽ ở trạng thái nghỉ với lượng điện năng tiêu thụ rất nhỏ.
Các trạng thái làm việc khác nhau của trong cấu hình đa xử lý không đồng nhất của ARM.
Nếu một tác vụ chạy ngầm chỉ là kiểm tra email, nó sẽ không cần phải sử dụng đến lõi hiệu suất cao. Các kết nối mạng thường có độ trễ rất cao và phải chờ đợi nhiều, trong khi chỉ thực sự xử lý rất ít. Tuy nhiên, khi bạn bắt đầu chơi game, các lõi hiệu suất cao sẽ trở nrất cần thiết.
Cách sắp xếp như vậy được gọi là đa xử lý không đồng nhất (heterogeneous multi-processing), do tất cả các lõi không phải đều bằng nhau.
Để làm nó hoạt động hiệu quả, bộ lập lịch trình trong hệ điều hành cần phải hiểu những đặc trưng khác biệt của các lõi, và gán các tác vụ cho các lõi tùy theo các đặc trưng đó. Mô hình không đồng nhất này của ARM được gọi là big.LITTLE, thiết lập các lõi theo hai nhóm.
Một nhóm có bốn lõi Cortex-A57 hoặc Cortex-A72, các lõi đầy sức mạnh với khả năng xử lý cao. Một nhóm có bốn lõi Cortex-A53, cho dù cũng là bộ xử lý 64 bit, vẫn rất mạnh mẽ, nhưng sử dụng năng lượng hiệu quả hơn và thường có tốc độ xung nhịp thấp hơn.
Các nhà sản xuất chip cũng không cần phải dính chặt vào thiết kế 4+4, trên thực tế họ có thể có nhiều biến thể khác nhau, như 2+4 (lõi kép Cortex-A57 và lõi tứ A53) như với chip Snapdragon 808.
Các con dao trong nhà bếp của bạn
Nếu các thuật ngữ ở trên làm bạn đau đầu, một trong các ví dụ dễ hiểu nhất về đa xử lý không đồng nhất là các con dao làm bếp khiêm tốn. Trong nhà bếp, chúng ta sẽ có một hộp với hàng loạt loại dao khác nhau.
Các con dao có kích thước và hình dáng khác nhau, một số dài hơn, một số ngắn hơn, một số mỏng hơn, một số rộng hơn, một số khác lại có cạnh răng cưa, và nhiều loại khác nữa. Mỗi con dao được tối ưu cho một công năng riêng.
Có loại dao rất tuyệt để cắt bánh mỳ, có loại dao lý tưởng để loại thịt ra khỏi xương, dao của đầu bếp tốt nhất khi chặt và những thứ tương tự.
Người ta vẫn có thể dùng dao thái bánh mỳ để chặt, và vẫn có thể gọt vỏ củ cà rốt bằng con dao của đầu bếp, vì nó vẫn là một con dao với cái cạnh sắc bén, tuy nhiên, nó không phải lý tưởng cho việc này.
Nói cách khác, bạn chọn con dao tốt nhất cho việc bạn làm, và không giới hạn chỉ sử dụng một loại dao nào đó. Và bạn sẽ có các sự lựa chọn khác nhau. Khi nghĩ theo hướng đó, nhiều lõi tương đương với nhiều lựa chọn hơn. Một bộ lập lịch trình giờ có nhiều sự lựa chọn hơn để chọn đúng lõi cho đúng công việc.
Nhưng không giống như trong thế giới của các máy tính bàn, bộ xử lý trên di động không thiên về tăng hiệu suất tổng thể.
Bộ xử lý có 8 lõi không có nghĩa là nó sẽ có hiệu suất cao hơn bộ xử lý 4 lõi. Ý nghĩa thực sự của nó là hệ điều hành sẽ có thêm sự lựa chọn để sử dụng đúng lõi cho đúng công việc.
Và mục tiêu cuối cùng của việc chọn được đúng lõi cho tác vụ cần xử lý, là hiệu quả sử dụng năng lượng.
Ví dụ trong một bài phân tích bộ xử lý 10 lõi MediaTek X20, tác giả Robert Triggs của trang Android Authority cho biết: “Khác với suy nghĩ của nhiều người, bộ xử lý 10 lõi không tự động cải thiện được hiệu suất. Tuy nhiên, nó đem lại nhiều sự lựa chọn về việc bạn có thể làm gì với tải công việc này.”
Thiết kế bộ xử lý 10 lõi của MediaTek X20.
Trước đó, MediaTek cũng cho biết thiết kế của bộ xử lý X20 giúp nó cải thiện 30% về điện năng tiêu thụ so với thiết kế 2 nhóm lõi tương tự.
Để cải thiện điện năng tiêu thụ hơn nữa, ý tưởng của họ là bổ sung thêm một cụm bốn lõi hiệu năng trung bình bên cạnh cấu hình hai cụm lõi hiệu suất cao và tiết kiệm điện năng như thông thường.
Nếu so sánh với ngành công nghiệp ô tô, điều này tương đương với hộp số trong chiếc xe. Bạn càng có nhiều bánh răng trong hộp số, bạn càng kiểm soát chiếc xe tốt hơn về tốc độ, mô men xoắn và số vòng quay mỗi phút.
Bạn vẫn có thể lái xe chạy quanh thành phố chỉ với hộp số có một bộ bánh răng duy nhất, nhưng liệu đó có phải cách hiệu quả nhất? Rõ ràng là không.
Hộp số 5 tốc độ của chiếc Volkswagen Golf 1600.
Số lõi thực tế sử dụng
Nhưng có một điều ông Moorhead dường như đã đúng khi cho rằng, trên thực tế chúng ta không thực sự sử dụng nhiều hơn ba lõi lớn cho trong bất kỳ hoàn cảnh nhất định nào. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là hệ điều hành sẽ sử dụng 3 lõi nào?
Nếu tất cả các lõi của bạn là như nhau, hệ điều hành sẽ không có sự lựa chọn nào cả. Còn nếu bộ xử lý của bạn theo cấu hình big.LITTLE với cách sắp xếp nhóm kép hay nhóm ba, hệ điều hành sẽ phải chọn lựa các lõi thích hợp nhất.
Vì vậy trong bộ xử lý 8 hay 10 lõi, ngay cả khi cụm lõi xử lý tác vụ trên chiếc smartphone của bạn có 4 lõi, cũng có nghĩa là đó là các lõi cho bạn hiệu suất cao nhất và hiệu quả sử dụng điện năng tốt nhất.
Những gì chúng ta đang thấy là các nhà sản xuất chip đang thử nghiệm một thiết kế tối ưu nhất khi cân bằng giữa hiệu suất với điện năng và số lõi của bộ xử lý. Tại thời điểm này, dường như việc bổ sung thêm các lõi vẫn đang có lợi ích.
Bảng so sánh điện năng tiêu thụ giữa thiết kế 2 nhóm lõi và 3 nhóm lõi.
Nếu bạn nhìn vào bảng tiêu thụ năng lượng của chip MediaTek, bạn sẽ thấy rằng một lượng lớn năng lượng đã được tiết kiệm từ các tác vụ đơn giản như tải một trang web, xem video, hay sử dụng Facebook.
Tất cả các tác vụ thông thường sẽ không sử dụng tất cả 10 lõi của bộ xử lý, nhưng có 10 lõi cũng có nghĩa là bộ lập lịch trình có thể chọn ra lõi phù hợp với tác vụ cần xử lý.
Sự tác động của tiếp thị
Cho đến nay, những gì chúng ta nói về nó chỉ là công nghệ, nhưng tại sao thiết kế này lại tốt hơn thiết kế khác? Lợi thế của sự kết hợp trong thiết kế đa xử lý không đồng nhất là gì? Nhưng vấn đề thực sự có thể không nằm ở công nghệ, mà là tiếp thị.
Cụm từ “8 lõi” đang được sử dụng với hàm ý rằng 8 lõi sẽ tốt hơn 4 lõi, về mặt hiệu suất. Nhưng thông điệp thực sự phải là 8 lõi big.LITTLE tốt hơn 4 lõi, về mặt hiệu quả năng lượng. Đó dường như là điều đang bị người ta bỏ qua.
Tuy nhiên, điều này không có nghĩa các nhà sản xuất chip có nguy cơ bị kiện vì các tuyên bố lừa dối hay gây hiểu nhầm. Điều đó khó có thể xảy ra. Các chip SoC có 8 lõi, và tất cả 8 lõi đó đều có khả năng chạy đồng thời. Không có gì gây hiểu nhầm cho mô tả “8 lõi”.
Vậy tại sao các bộ xử ly 8 hay 10 lõi gây ra những cơn sốt như vậy? Bên cạnh các lợi thế công nghệ rõ ràng về hiệu quả sử dụng điện năng, các nhà sản xuất chip SoC này cũng đang cạnh tranh với nhau và với Intel.
Mỗi công ty cần tạo ra sự khác biệt của bản thân so với đối thủ cạnh tranh. Chip MediaTek X20 rõ ràng là một sự sáng tạo với thiết kế ba cụm lõi big.LITTLE, và nó đang đưa cấu hình đa xử lý không đồng nhất cho di động lên cấp độ cao hơn.
Intel đã phải chơi trò đuổi bắt trên thị trường di động trong nhiều năm qua, và nó đã đến thời điểm mà họ cần đưa những bộ xử lý của mình cho các nhà sản xuất smartphone miễn phí để họ chọn thiết kế của Intel thay vì các thiết kế theo nền tảng của ARM.
Intel không có các thiết kế đa xử lý không đồng nhất cho di động và về cơ bản, họ vẫn dựa vào các quy trình sản xuất của mình để giảm điện năng sử dụng.
Như ông Moorhead đã nói: “Khi nói đến Intel, họ đơn giản không thể có hơn 4 lõi x86 nếu họ muốn duy trì hiệu quả sử dụng năng lượng trong một con chip với kích thước hợp lý.” Các nhà sản xuất bộ xử lý khác đang cố gắng tận dụng điều này.
Kết luận
Như vậy rõ ràng các CPU 8 lõi hay 10 lõi trên bộ xử lý di động là ý tưởng tuyệt vời, đặc biệt về khía cạnh hiệu quả năng lượng.
Yếu tố quan trọng để hiểu điều này là không phải các lõi trên bộ xử lý 8 hay 10 lõi đều như nhau. Nhóm các lõi có sự khác biệt đặc trưng về hiệu suất và điện năng sử dụng.
Với bộ lập lịch trình thông minh, hệ điều hành di động có thể chọn ra lõi tốt nhất cho tác vụ cần thiết. Hãy nhớ rằng, càng nhiều lõi, bạn sẽ có càng nhiều sự lựa chọn. Nhiều lựa chọn hơn nghĩa là năng lượng sử dụng hiệu quả hơn, nhưng nhất thiết hiệu suất cao hơn.
Tham khảo AndroidAuthority