Thừa khả năng, nhưng tại sao Intel và AMD không sản xuất chip như M2 Max và M2 Ultra

Việc Apple từ bỏ Intel để sản xuất bộ xử lý riêng cho các sản phẩm Mac rõ ràng đã diễn ra khá suôn sẻ. Các chip M2 dựa trên ARM đã có thể đóng gói cả CPU và GPU mạnh mẽ vào một chipset duy nhất, mang đến sự kết hợp tuyệt vời giữ hiệu năng và năng lượng cho toàn bộ dòng máy Mac. Điều này đặc biệt mang lại lợi ích cho các sản phẩm như MacBook và Mac Mini, vốn không có chỗ cho card đồ họa mạnh mẽ nhưng có thể chứa các chip M1 và M2 cao cấp với đồ họa tích hợp. M2 Pro, M2 Max và M2 Ultra được nhiều người dùng đánh giá là rất tuyệt vời.

Vậy tại sao Intel và AMD không làm điều tương tự và tự tạo ra những chip với nhiều lõi CPU và GPU? Xét cho cùng, cả hai đều cung cấp công nghệ CPU và GPU tốt, họ đã kinh doanh sản phẩm PC lâu không kém Apple, và đã thiết kế bộ xử lý từ lâu hơn nữa, họ cũng có nhiều quyền kiểm soát đối với thị trường bộ xử lý rộng lớn hơn. Nhưng Intel và AMD có nhiều lý do chính đáng để không làm như vậy.

Intel và AMD có đủ công nghệ để tạo ra chip giống M2

Intel và AMD có thể tạo ra một con chip như M2 Max hoặc thậm chí M2 Ultra nếu họ muốn. Mặc dù M2 Pro, Max và Ultra khá khác biệt so với những gì chúng ta quen thuộc trên PC, nhưng tất cả những gì Apple đã làm là tạo ra một con chip lớn bao gồm cả lõi CPU và GPU. Intel và AMD đã sản xuất CPU có đồ họa tích hợp trong nhiều năm và sự khác biệt đáng kể duy nhất giữa Core i9-13900K hoặc Ryzen 9 7950X và dòng Apple M2 là chip M2 cao cấp có GPU lớn hơn và mạnh hơn nhiều.

Cũng không phải Intel và AMD chưa sản xuất chip nào tương tự M2 cao cấp, ngay cả trước khi M1 ra mắt. Dòng Kaby Lake G của Intel đã kết hợp CPU Kaby Lake lõi tứ với GPU Vega tầm trung của AMD và mặc dù Kaby Lake G là một thất bại về mặt thương mại và hoạt động không quá tốt nhưng cuối cùng nó đã mang lại những gì mà vào thời điểm đó có thể xem là giải pháp tối ưu cho sự kết hợp CPU và GPU mạnh mẽ.

Một trong những sản phẩm chính của AMD là APU, đây là một thuật ngữ tiếp thị để mô tả các CPU của AMD có đồ họa tích hợp dành cho chơi game. Dòng APU thành công nhất của AMD là những dòng APU dành cho máy game console, kể từ khi Xbox One và PS4 ra mắt cách đây một thập kỷ. Các APU console mới nhất trong Xbox Series X và PS5 là sự kết hợp CPU Zen 2 8 nhân với GPU RDNA2 tầm trung, đặt nó ở mức sức mạnh tương tự ít nhất là với M1 Pro và M2 Pro và thậm chí có thể là cao hơn.

M2 có một số nhược điểm mà Intel và AMD không muốn phải đánh đổi

Mặc dù dòng M2 của Apple thực sự tuyệt vời, nhưng không có nghĩa nó là bộ xử lý hoàn hảo và có một số nhược điểm đáng kể so với chip của Intel và AMD. Những hạn chế này chủ yếu liên quan đến bộ nhớ, số lượng lõi và quá trình sản xuất, những yếu tố này có tác động lớn đến cả hiệu suất và giá cả.

Điều kỳ lạ nhất về bộ xử lý M của Apple là bộ nhớ. Thông thường, CPU và đồ họa tích hợp không yêu cầu nhiều băng thông như vậy, vì vậy Intel và AMD có xu hướng ghép nối các chip phổ thông của họ với các bus chỉ 128-bit. Tuy nhiên, GPU yêu cầu nhiều băng thông bộ nhớ, đó là lý do tại sao GPU rời được ghép nối với GDDR VRAM và có nhiều bus hơn, với 128 bit thường là mức tối thiểu và chỉ dành riêng cho các GPU rất nhỏ.

Tuy nhiên, Apple đặt đồ họa tích hợp rất mạnh mẽ trên chip M của mình và đòi hỏi nhiều băng thông bộ nhớ hơn bình thường. Trong khi M2 khá bình thường và có các bus 128-bit, thì M2 Pro và M2 Max có các bus 256-bit và 512-bit, và vì M2 Ultra cơ bản là hai M2 Max kết hợp lại, điều đó có nghĩa là Ultra có bus 1024-bit. Những bus này chiếm rất nhiều không gian và chiếm khoảng 13% kích thước của M2 Max và Ultra, nghĩa là Apple dành rất nhiều không gian riêng cho bus.

Tất cả khu vực dành riêng cho bus đều có hiệu ứng domino, nghĩa là sẽ chừa lại ít chỗ cho trang bị nhiều lõi CPU và GPU hơn, điều này khiến M2 Pro và M2 Max không mấy ấn tượng khi nói về hiệu suất trên mỗi mm2 ( khả năng sử dụng hiệu quả bộ xử lý trên kích thước chip)

Ví dụ: M2 Ultra trong Mac Studio xếp sau cả Core i9-13900K và Ryzen 9 7950X (là hai trong số những CPU tốt nhất) trong các điểm chuẩn như Cinebench, đặc biệt là ở hiệu năng đa luồng. Đây là những CPU nhỏ hơn rất nhiều nhờ thực tế là chúng không bị cản trở bởi hệ thống bộ nhớ lớn mà GPU tích hợp lớn yêu cầu.

Việc cố gắng kết hợp CPU lớn, GPU lớn và hệ thống bộ nhớ lớn vào một con chip duy nhất sẽ gây ra hậu quả cho hoạt động sản xuất. Với kích thước khuôn ước tính là 550mm², M2 Max là siêu lớn và M2 Ultra là chip tiêu dùng lớn nhất từng được sản xuất với hơn 1.000 mm². Chi phí sản xuất những thứ này trên tiến trình 5nm của TSMC hẳn là rất lớn.

Intel và AMD không ưu tiên cung cấp chip silicon chuyên dụng cho thị trường phổ thông

Nhưng ngoài tất cả các vấn đề về phần cứng mà các chip như phiên bản cao cấp của M2 gây ra, còn có sự khác biệt cơ bản trong mô hình kinh doanh giữa các công ty.

Apple rất khác với Intel và AMD: họ sản xuất bộ xử lý cho chính mình và các sản phẩm đặc biệt của riêng mình. Trong khi đó, Intel và AMD đang sản xuất chip cho hầu hết mọi PC (ngoài Mac) trên toàn thế giới và việc theo đuổi thị trường rộng lớn đó đồng nghĩa với việc chuyên dụng hóa sẽ là một bất lợi hơn là một lợi thế. Điều đó tạo ra những động lực rất khác nhau cho mỗi công ty khi thiết kế phần cứng.

Nếu Intel và AMD cố gắng tạo ra bộ xử lý tích hợp to lớn giống M2 cao cấp của riêng họ thì vấn đề khó giải quyết sẽ là bo mạch chủ. Các CPU x86 truyền thống, phổ thông có xu hướng khá nhỏ và không yêu cầu bất cứ kích thước nào quá đáng chú ý. Nhưng để phục vụ một con chip giống M2 Max/Ultra, Intel và AMD sẽ phải tung ra các bo mạch chủ mới với chân cắm lớn, rất nhiều lớp VRM (Voltage Regulation Modulator, hay còn được gọi là bộ chuyển đổi điện áp) và có thể là 8 khe cắm RAM mà bạn sẽ phải lắp đầy với các sản phẩm đủ nhanh để có được hiệu suất GPU tốt. Điều đó rõ ràng là rất tốn kém và rất cồng kềnh.

Apple có thể không bị ảnh hưởng vì M2 được sản xuất có mục đích dành cho máy tính của Apple và những gì khách hàng của họ muốn mua. Intel và AMD không thể làm điều đó bởi vì khách hàng của họ muốn có nhiều loại CPU mà họ có thể dễ dàng đưa vào các PC được cá nhân hóa, nhưng vẫn là hệ thống tương đồng với nhau, khách hàng chỉ cần cắm và chạy khi nói đến RAM, bộ lưu trữ và GPU. Hãy tưởng tượng bạn phải nâng cấp cả một bộ xử lý 1.000mm² nếu bạn chỉ muốn đồ họa nhanh hơn; nếu bạn cho rằng RTX 4090 là đắt tiền thì có thể bạn sẽ phá sản chỉ sau một lần nâng cấp.

Nhưng M2 cũng có một số lợi thế khác biệt. Ví dụ: trong khi CPU và GPU của Apple khá yếu so với các sản phẩm cao cấp mà Intel, AMD và Nvidia tạo ra, thì dòng sản phẩm M2 lại có khả năng rất tốt trong việc mã hóa video. Apple có thể biện minh cho việc thêm các bộ mã hóa này vào chip của mình vì nhiều người đã sử dụng thiết bị Apple để chỉnh sửa video. Nhưng vì CPU Intel và AMD về cơ bản là những con chip có kích thước phù hợp cho nhiều trường hợp sử dụng khác nhau nên những bộ mã hóa cao cấp như vậy sẽ không có ý nghĩa gì, đặc biệt là khi các GPU cao cấp có thể giải quyết vấn đề này.

Phần cứng và mô hình kinh doanh khác nhau là hai thứ  không thể tách rời khi nói đến thiết kế bộ xử lý cho ba công ty này. Nếu chỉ dừng lại ở phần cứng, công nghệ và thông số kỹ thuật, thì có lẽ chúng ta sẽ thấy Intel và AMD muốn tạo ra bộ xử lý giống như dòng M2. Nhưng Apple là một công ty thiết kế máy tính tự sản xuất bộ xử lý của riêng mình, trong khi Intel và AMD là những công ty thiết kế bộ xử lý bán bộ xử lý của họ cho các công ty khác.

Mặc dù PC truyền thống khó có thể trở thành thị trường mà Intel và AMD có thể giới thiệu bộ xử lý lớn với nhiều lõi CPU và GPU, nhưng một con chip như vậy có thể thành công trong các lĩnh vực khác. 

Một trong những cải tiến gần đây nhất của Intel và AMD là các chiplet (những con chip được cấu thành từ nhiều chip nhỏ khác nhau), điều này sẽ giúp việc chế tạo bộ xử lý như M2 trở nên dễ dàng hơn vì Intel và AMD chỉ có thể sử dụng các chiplet được tùy chỉnh riêng và kết hợp chúng theo cách để tạo ra bộ xử lý lớn, chuyên dụng (cũng sẽ rẻ hơn nếu sản xuất bằng chiplet).

Những máy game console sẽ là nơi hiển nhiên mà các loại chip này hoạt động, nhưng máy tính NUC hoặc laptop có thể phù hợp hơn với bộ xử lý giống M2. Xét cho cùng, những thiết bị này đã được phát triển riêng và tùy chỉnh ngay từ đầu, vì vậy việc tính toán sử dụng phần cứng được thiết kế để tương thích với nhiều thành phần khác không phải là vấn đề quan trọng.