Cùng tìm hiểu vì sao Intel mất hơn một thập kỉ mới có CPU i7 phổ thông 6 nhân

Vừa qua, Intel đã tạo nên một cơn địa chấn trên thị trường CPU cho máy tính để bàn với Coffee Lake. Ngoài việc mang lại hiệu năng vượt trội so với thế hệ trước, dòng CPU này còn đánh dấu bước tiến mới về số nhân CPU trên dòng vi xử lý phổ thông của Intel. Lần đầu tiên sau hơn 1 thập kỉ tích hợp 4 nhân CPU lên một vi mạch vào năm 2006, Intel mới có sự chuyển mình về công nghệ khi mang được CPU 6 nhân lên các vi xử lý Core phổ thông của mình. Hãy thử cùng tôi tìm hiểu xem liệu đây là hạn chế công nghệ hay chỉ là chiêu trò tối đa hóa lợi nhuận của Intel.

Lịch sử số nhân trên CPU

Để bắt đầu, hãy cùng thử ngược dòng lịch sử về thời điểm tháng 11/2006, khi Intel ra mắt CPU Core 2 Extreme QX6700, CPU lõi tứ phổ thông đầu tiên của hãng. Thời điểm bấy giờ, đây được coi là CPU Kentsfield đầu bảng và cũng là CPU máy bàn cho người dùng cá nhân mạnh mẽ nhất thời bấy giờ. Vốn tiên phong trong công nghệ, Intel đã đạt được cấu hình CPU 4 nhân trên tiến trình 65nm. Để đạt được con số đó, AMD đã phải mất tới gần 2 năm sau.

Intel Core 2 Extreme QX6700

Với tiến trình 65nm cách đây hơn 1 thập kỷ, Intel đã phải khá vất vả để nhét tới 4 nhân CPU lên 1 vi mạch. Đi đầu công nghệ đồng nghĩa với giá bán không hề dễ chịu một chút nào. Ở thời điểm bán ra, 1 chiếc Core 2 Extreme QX6700 4 nhân 4 luồng có giá 999 USD, bằng với giá của i9-7900X 10 nhân 20 luồng bây giờ. Chưa kể, 4 nhân chỉ là 4 nhân bởi công nghệ HyperThreading lúc bấy giờ vẫn là thứ xa xỉ chỉ dành cho CPU Xeon. Để đạt được cấu hình 4 nhân, Intel đã phải đặt hẳn 2 cụm 2 nhân trên CPU. Cũng vì phải gánh tới 2 cụm nhân mà QX6700 có điện năng tiêu thụ lên tới 130W dù xung nhịp chỉ 2,66GHz. Không những thế, chiếc CPU này còn thuộc series Extreme, không phải CPU phổ thông.

Intel Core i7-860 Lynnfield

Tua nhanh thời gian một chút lên thời điểm Intel bắt đầu phổ cập chip lõi tứ bằng Core i5 và Core i7 Lynnfield vào năm 2009. Đây là thế hệ CPU sản xuất trên tiến trình 45nm với vi kiến trúc Nehalem, mở ra kỉ nguyên thống trị của Intel trên thị trường CPU phổ thông. Cũng nhờ vi kiến trúc Nehalem và kích thước bóng bán dẫn chỉ còn 45nm, Intel đã quay trở về với thiết kế chip 1 chân đế (bao gồm cả dòng Extreme như i7-920 lẫn phổ thông i7-860). Đây cũng là bước đánh dấu khả năng khắc quang phổ của Intel đã lên tầm cao mới khi tỉ lệ chân đế có cả 4 nhân hoạt động đã đạt mức tối ưu chi phí.

Thực tế, sang đến năm 2010, Intel đã có những CPU như i7-970 sở hữu 6 nhân nhưng có điện năng tiêu thụ lên tới 130W. Chưa kể, các CPU Gulftown này được tính vào dòng CPU HEDT với mức giá từ 885 USD trở lên. Với mức giá cao gấp 2,5 lần so với 1 CPU i7-860 thông dụng, dễ hiểu vì sao Intel có thể chấp nhận việc sản xuất những chân đế 6 nhân với tỉ lệ lỗi cao hơn rất nhiều.

Intel Core i7-2600K Sandy Bridge

2 năm sau ngày ra mắt Lynnfield, Intel lại thừa thắng xông lên với Sandy Bridge dựa trên tiến trình 32nm. Sandy Bridge nói chung và i7-2600K nói riêng là dòng CPU được đánh giá cao nhất của Intel từ trước tới nay với hiệu năng vượt trội so với thế hệ trước dù vẫn giữ mức điện năng tiêu thụ ở mức 95W. Đây cũng là dòng CPU được ưa chuộng tới tận bây giờ nhờ khả năng ép xung lên 4,5 GHz từ 3,4GHz chỉ với tản nhiệt khí. 2011 cũng là thời điểm đánh dấu sự đi xuống của AMD khi gần như không thể đưa ra một sản phẩm cạnh tranh ở phân khúc phổ thông.

Chỉ hơn 1 năm sau đó, Intel lại tiếp tục trình làng Ivy Bridge với bước nhảy mới về công nghệ, tiến lên tiến trình 22nm. Core i7-3770K tân tiến là thế nhưng không thực sự được đón nhận nồng nhiệt dù tương thích ngược với các bo mạch chủ Sandy Bridge vì sử dụng chung socket LGA 1155. Có lẽ hiệu năng nhỉnh hơn một chút trong khi có điện năng tiêu thụ chỉ 77W là chưa đủ để hấp dẫn người dùng Sandy Bridge nâng cấp.

Intel Core i7-4770K Haswell

2013 là một năng cũng không mấy khởi sắc của Intel trên thị trường CPU phổ thông. Điều này là hoàn toàn dễ hiểu bởi mức tăng trưởng của thị trường máy tính cá nhân toàn cầu ở thời điểm đó là cực kì yếu. Chưa kể, từ Sandy Bridge, thị phần của Intel đã trở nên quá áp đảo để họ có thể có một cú bật về doanh số. Haswell ra mắt lặng lẽ với những đánh giá về bước cải lùi trong hiệu năng. Nhiều người dùng Intel lâu năm còn chỉ trích đội xanh vì hướng phát triển tập trung vào tiết kiệm điện thay vì mang tới những sản phẩm mạnh mẽ. Người ta vẫn biết đến những i7-4770K hay bản nâng cấp i7-4790K nhưng chúng thực sự không để lại ấn tượng sâu sắc nào cho những người đam mê sức mạnh CPU.

Sang tới 2015, Intel bắt đầu lộ rõ vẻ lười biếng đến độ chủ quan của mình. Đây cũng là thời điểm mà AMD vẫn đang nằm gai nếm mật, lay lắt trên thị trường CPU phổ thông với những chiếc APU gần như chẳng có khả năng cạnh tranh với Intel về hiệu năng. Vi kiến trúc Broadwell ra đời đi cùng với tiến trình 14nm đã mang lại những con chip hiệu năng cao mà điện năng tiêu thụ chỉ còn 65W. Vẫn sử dụng socket LGA 1150 của Haswell nhưng i7-5775C hay i7-5775R chưa bao giờ được người ta biết đến. Có chăng, series i7-5xxx chỉ được chú ý nhờ i7-5960X thuộc dòng cao cấp HEDT với những công nghệ đi đầu như RAM DDR4 hay số lượng nhân lên tới con số 8. Mức giá thì hẳng cũng chẳng dễ chịu, 999 USD.

Core i7-5775C được ra mắt vào tháng 6/2015 thì chỉ 3 tháng sau, Intel đã ra mắt Skylake. Đây cũng có thể được coi là dòng CPU phổ thông 14nm chính thức đầu tiên của Intel. Tuy nhiên, số nhân/luồng vẫn chỉ dừng lại ở con số 4/8. Ở thời điểm này, lí do hợp lý duy nhất mà chúng ta có thể nghĩ đến đó là vì hạn chế công nghệ cũng như tỉ lệ sản xuất thành công của chân đế 4 nhân vẫn còn thấp. Mức giá hơn 300 USD là chưa đủ để bù chi phí.

Intel Core i7-7700K Kaby Lake

Hết 2016, Intel vẫn chưa mang tới thị trường một sản phẩm CPU phổ thông nào thực sự đột phá. Phải tháng Một 2017, đội xanh mới trình làng Kaby Lake, sản xuất trên tiến trình 14nm . Core i7-7700K cho đến thời điểm đó vẫn là CPU chơi game tốt nhất trên thị trường. Thế nhưng người tính không bằng trời tính, AMD đã trỗi dậy và thậm chí là trỗi dậy một cách mạnh mẽ với Ryzen vào tháng Ba. Từ phân khúc của i7 tới i3, thế độc tôn của Intel bị AMD đánh phá sấp mặt bởi mức hiệu năng/giá thành vượt trội thông qua số nhân/luồng gấp đôi đối thủ.

Đó là khi Intel đã không thể ngồi yên được nữa. 5 tháng sau ngày AMD giới thiệu Ryzen 7, Intel đã phải tung ra Coffee Lake, thế hệ Core i thứ 8 đồng thời là thế hệ CPU phổ thông đầu tiên của họ sở hữu tới 6 nhân xử lý. Đây cũng là lần đầu tiên mà Intel phải tự vả chính mình khi ra mắt tới 2 thế hệ CPU cùng phân khúc trong cùng 1 năm với hiệu năng chênh lệch lên tới 50%. Giờ đây người buồn nhất không ai khác ngoài những người vừa mới đầu tư cho mình một dàn máy với CPU Kaby Lake.

Lí giải công nghệ

Vậy thực ra Intel trước nay không có khả năng sản xuất CPU 6 rồi bán ra với giá hơn 300 USD hay thực ra là do không bị cạnh tranh nên không cần thiết phải cải tiến công nghệ? Câu trả lời có vẻ thiên về phương án thứ 2. Nếu để ý, chúng ta có thể thấy kích thước đế silicon của các CPU Core i phổ thông giảm đi rõ rệt theo năm trong khi kích thước của con chip vẫn chỉ là 37,5mm x 37,5mm. Điều đó cho thấy, nếu Haswell có một đế silicon to gấp đôi thì nó vẫn có thể hoạt động bình thường. Trong khi đó, các CPU HEDT như i7-5820K hay những CPU Core-X mới nhất như i9-7900X có kích thước đế silicon gần như không đổi suốt nhiều năm.

Thực tế, ngành công nghiệp sản xuất vi xử lý vẫn có một quy trình gọi là die-harvest, tận dụng đế silicon. Trong quá trình sản xuất, khi cắt các tấm wafer ra thành đế silicon, không phải chân đế nào cũng sẽ có số nhân hoạt động đúng theo yêu cầu. Với CPU như Core i phổ thông của Intel thì 1 đế silicon sẽ có 4 nhân. Những chân đế nào có cả 4 hoạt động tốt thì sẽ được dùng trên các con chip i5 và i7 trong khi những con chỉ có 2 đến 3 nhân hoạt động tốt ở mức xung và điện áp thiết kế sẽ được đặt lên các CPU Core i3 hay Pentium. Điều này cũng áp dụng với GPU khi chúng ta thường thấy những chiếc card đồ họa có cùng GPU như GTX 1080 và GTX 1070 nhưng GTX 1070 lại có ít nhân CUDA hơn bởi chúng sẽ sử dụng lại những chiếc GPU không đạt tiêu chuẩn để đặt lên GTX 1080.

AMD Ryzen 7 1700

Trong khi đó, ở bên kia chiến tuyến, AMD lại dễ dàng sản xuất được những con chip 8 nhân rồi bán ra mới mức giá chỉ bằng với các CPU i7 Kaby Lake. Để đạt được điều này, AMD đã lựa chọn giải pháp đặt 2 đế silicon 4 nhân lên cùng 1 vi mạch. Việc sản xuất đế silicon 4 nhân đã không còn là một việc quá khó khăn và đắt đỏ vào năm 2017. Đây cũng là giải pháp mà Intel đã từng làm để đạt được CPU 4 nhân cách đây hơn 10 năm. Đồng thời, chúng ta cũng có thể thấy rằng trên 1 vi mạch có thể đặt tới 2 đế silicon 4 nhân mà không ảnh hưởng đến giá thành hoặc đơn giản là AMD “ăn mỏng” hơn Intel rất nhiều.

Tuy nhiên, một điểm yếu của thiết kế này đó là kết nối Infinity Fabric, thứ luân chuyển dữ liệu giữa 2 cụm nhân CCX theo cách gọi của AMD hay thực tế là 2 đế silicon, bị phụ thuộc vào xung nhịp RAM của hệ thống. Chưa kể, thiết kế này cũng giống như thể đặt 2 CPU lên 1 vi mạch, khiến cho 1 trong 2 sẽ bị ảnh hưởng bởi khả năng của CCX còn lại. Thành ra, khả năng ép xung của Ryzen 7 là cực kì hạn chế bởi có thể 1 CCX có khả năng ép xung lên 4,1GHz nhưng CCX còn lại chỉ có thể kéo xung lên 3,9GHz, dẫn đến việc cả hệ thống chỉ có thể đạt mức 3,9GHz là ổn định.

Intel Core i9-7900X Skylake-X

Cách làm CPU có số nhân nhiều hơn 4 trên một đế silicon của Intel trong 10 năm trở lại đây thực tế lại có phần hơi thiếu tối ưu về chi phí. Khi luôn phải cố sản xuất những đế silicon có đủ số nhân yêu cầu, chạy trên mức xung ở điện áp thiết kế, lượng đế silicon không thể tận dụng được sẽ là khá cao. Tất nhiên, khi công nghệ đi lên cũng như kích thước bóng bán dẫn được thu nhỏ đi nhiều lần, Intel đã có thể sản xuất được những đế silicon có tới 6, 8, 10 rồi 12, 14, 16, 18 nhân đạt chuẩn trên 1 đế silicon. Số nhân tối đa càng cao thì chi phí sản xuất càng tăng nhưng vẫn có thể được bù đắp bằng cách đặt những đế silicon không đạt đủ chuẩn lên những CPU có yêu cầu thấp hơn. Cũng bởi vậy mà chúng ta vẫn thấy những CPU HEDT 6 nhân được Intel bán ra dù con số tối đa đã đạt tới 18.

Ưu điểm của thiết kế này là dữ liệu sẽ luôn được xử lý trên cùng 1 chân đế, không cần phải luân chuyển qua lại khiến cho những ứng dụng chạy đa luồng có thông tin cần đối chiếu giữa các luồng sẽ không bị ảnh hưởng hiệu năng như Ryzen. Chưa kể, khả năng ép xung cũng được đồng bộ, giúp cho việc ép xung trở nên dễ dàng và đạt mức xung cao hơn rất nhiều so với đối thủ bên kia chiến tuyến.

Một điểm đáng chú ý nữa là giá CPU 6 nhân của Intel đã giảm rõ rệt sau nhiều năm. Vào năm 2010, khi i7-970, CPU HEDT đầu tiên có 6 nhân của Intel ra mắt, nó có giá tới 885 USD thì giờ đây, i7-7800X đã có giá chỉ còn 389 USD, cao hơn i7-7700K chỉ 50 USD. Thực tế, Intel đã đạt được mức giá bán này từ i7-5820K Haswell-E, tức là cách đây tới 3 năm ở tiến trình 22nm. Khi sang tới 14nm, trong khi bóng bán dẫn nhỏ hơn, tối ưu hơn thì mức giá lại bị đẩy lên 434 USD cho i7-6800K. Vậy là đủ thấy Intel đã “ăn dày” thế nào khi chiếm thế độc tôn trên thị trường.

Intel Core i7-8700K vs i7-7700K

Dù sao thì nhờ Coffee Lake được cho ra mắt, người dùng Core i7 phổ thông sẽ lần đầu tiên được nếm trải cảm giác có nhiều hơn 4 nhân CPU sau bao năm mòn mỏi chờ đợi. Quả đúng như dự đoán của tôi, đế silicon của các CPU Core i thế hệ 8 có kích thước lớn hơn một chút so với người tiền nhiệm, kéo theo thiết kế vi mạch cũng có chút thay đổi. Bởi vậy, không có gì lạ khi Coffee Lake sử dụng socket LGA 1151v2, cùng số chân nhưng không tương thích ngược với bo mạch chủ Skylake và Kaby Lake. Việc Intel chịu mang 6 nhân lên dòng Core i phổ thông cũng cho thấy họ ít nhất đã cân bằng được chi phí và lợi nhuận.

Như vậy, sau khi tìm hiểu và phân tích các yếu tố, chúng ta có thể thấy một thực tế hiển hiện là Intel vốn đã có thể sản xuất Core i phổ thông lên tối đa 6 nhân từ cách đây 3 năm nhưng họ đã chọn không làm vậy để tối ưu hóa lợi nhuận. Quả thực, nếu không có sự cạnh tranh từ Ryzen của AMD, có lẽ người dùng vẫn sẽ còn phải ngậm đắng nuốt cay dùng CPU i7 phổ thông 4 nhân thêm vài năm nữa.