Tìm hiểu về sự khác biệt bên trong CPU Intel và AMD

Nếu bạn là fan của Intel hay AMD, hoặc là một người sành công nghệ thì ít nhiều sẽ biết 2 hãng này khác nhau ra sao. Nhưng đối với phần lớn người dùng PC thì rất khó để họ nhận biết được sự khác biệt giữa 2 CPU này trong các tác vụ thường ngày. Thực chất thì bên trong con chip của 2 hãng này có thiết kế rất khác biệt đó nha. Trong khuôn khổ bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu xem bên trong vi xử lý của AMD và Intel rốt cuộc có những gì nhé.

Thiết kế CPU của nhà AMD

Đầu tiên, chúng ta cùng đến với nhà AMD nhé. CPU Ryzen được xây dựng với ít nhất 1 “core complex”, hay còn được gọi tắt là CCX. Cơ bản thì CCX là một cụm nhân đứng cùng với bộ nhớ đệm. Những con chip với kiến trúc Zen 3 thế hệ mới sẽ có những CCX chứa 8 nhân, còn Zen 2 thì mỗi CCX sẽ có 4 nhân.

Mỗi CCX sẽ được đặt trên một chiplet gọi là CCD (Core Complex Die). Đối với vi xử lý Zen 3 thì mỗi CCD sẽ có một CCX, và mỗi vi xử lý có thể có đến 2 CCD, nâng tổng số nhân lên đến 16 nhân. Còn trên Zen 2 thì mỗi CCD có thể chứa 2 CCX nhỏ (loại 4 nhân), và cũng có tối đa 16 nhân.

Thứ kết nối những linh kiện này lại với nhau là Infinity Fabric. Đây là một công nghệ bus độc quyền của AMD dùng để kết nối giữa các CCX hoặc giữa các CCD với nhau. Tuy đây là một liên kết tốc độ cao, thậm chí trong một số trường hợp còn vượt mặt cả vượt mặt Intel, nhưng chúng vẫn không nhanh bằng việc các nhân được kết nối trực tiếp với nhau do Infinity Fabric làm tăng độ trễ, và Infinity Fabric cũng thuộc dạng serial (nối tiếp) thay vì là parallel (song song).

Tuy nhiên, ưu điểm của Infinity Fabric là giúp những con chiplet có thiết kế nhỏ hơn, từ đó giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và sản lượng của những con chiplet này cũng nhiều hơn. Nếu có một con chiplet trên tấm wafer không đạt yêu cầu thì nhà sản xuất chỉ việc bỏ chiplet đó đi mà không gây phí phạm quá nhiều so với việc bỏ hẳn một con CPU.

Phương pháp CCX kết hợp với Infinity Fabric còn có khả năng mở rộng (scale) khá tốt. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta cần thêm nhân thì chỉ việc gắn thêm chiplet là xong, thay vì phải tốn thời gian và tiền bạc để thiết kế nguyên một con chip mới.

Thiết kế CPU của nhà Intel

Về phía Intel thì chí ít tại thời điểm bài viết, họ vẫn thiết kế chip theo phương pháp monolithic (nguyên khối), nghĩa là các nhân đều nằm sát nhau. Phương pháp này cho phép các nhân giao tiếp với nhau một cách trực tiếp hơn, nhưng bù lại thì nó có sản lượng không cao, khó mở rộng, và tốn chi phí hơn so với phương pháp chiplet của AMD.

Tuy nhiên, đội xanh vẫn không chùn bước các bạn ạ. Bằng chứng là họ đã và đang tạo ra các “tile” tương tự như chiplet theo xu hướng tất yếu của thời đại. Vào năm 2023, dự kiến Intel sẽ tung ra dòng CPU phổ thông (tên mã Meteor Lake) được xây dựng dựa trên các “tile” này, và chúng sẽ kết nối thông qua EMIB (Embedded Multi-Die Interconnect Bridge).

Thật ra thì chúng ta đã được diện kiến EMIB bên trong vi xử lý Kaby Lake G vài năm về trước. Lúc đó, EMIB được dùng để kết nối GPU AMD Radeon với bộ nhớ HBM. Ngoài ra, EMIB còn xuất hiện trong con chip Ponte Vecchio trong mảng siêu máy tính.

Intel cho rằng giải pháp này sẽ tinh tế hơn so với AMD, và có thể là lần này Intel sẽ đúng. EMIB là một miếng silic nhỏ dùng để kết nối các tile ở các mặt, vừa giúp tiết kiệm silic nhằm giảm chi phí, vừa thuận tiện hơn cho việc mở rộng. Thay vì bị giới hạn bởi kích thước miếng silic nằm ở bên dưới như truyền thống, Intel có thể dùng nhiều EMIB để mở rộng thêm “tile” ra phía ngoài, kiểu như ghép mấy miếng thảm tập võ lại với nhau vậy.

Và khác với Infinity Fabric, Intel cho biết EMIB truyền dữ liệu theo kiểu song song nên nó sẽ có băng thông rộng hơn và độ trễ thấp hơn. Nhưng khả năng là nó cũng chỉ mở rộng được tới một giới hạn nào đó cho đến khi vi xử lý bị quá nhiệt.

Intel còn có một cách khác để kết nối các chiplet với nhau gọi là Foveros. Phương pháp này sẽ xếp chồng những con chip lên nhau, nhưng nó vẫn chưa được ứng dụng nhiều vào mảng người dùng phổ thông cho lắm. Chỉ mới có một vài chiếc laptop ra mắt vào năm 2020 là được trang bị chip Foveros mà thôi, và dòng vi xử lý đó được gọi là Lakefield. Tiếc rằng nó đã bị khai tử do nhu cầu không nhiều. Dù vậy, ý tưởng xếp chồng chip lên nhau vẫn được Intel tiếp tục phát triển và hứa hẹn sẽ tạo ra bước đột phá với nó trong tương lai.

Thiết kế chiplet của AMD và Intel tuy xịn, nhưng vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn thiết kế theo kiểu truyền thống

Có một điều mà các bạn cần lưu ý là mặc dù AMD lẫn Intel đều đang cố gắng bỏ lại phương pháp monolithic phía sau lưng, chúng vẫn sẽ không biến mất hoàn toàn đâu nhé. Những phương pháp liên kết chiplet của cả 2 hãng đều rất tốt, nhưng chúng cũng đồng thời rất… tốn tiền. Thế nên ở phân khúc bình dân không yêu cầu quá nhiều hiệu năng, thiết kế chip đơn giản kiểu monolithic vẫn được ưa chuộng.

Hi vọng thông tin trên sẽ giúp bạn khám phá ra những điều mới mẻ về thế giới công nghệ. Nếu các bạn có góp ý hoặc bổ sung thì hãy chia sẻ với mình bên dưới phần bình luận nhé. Cảm ơn các bạn đã quan tâm đến bài viết này.