Trong hai thập kỷ qua, thị trường kiến trúc máy tính đã chứng kiến sự thống trị của hai gã khổng lồ: laptop và máy tính để bàn. Theo truyền thống, ngay từ khi ra đời, các thiết bị này đã dựa trên kiến trúc x86, trong khi gần như toàn bộ điện thoại thông minh trên thế giới lại được xây dựng trên kiến trúc ARM. Gần đây, nỗ lực của Qualcomm và Microsoft với hệ điều hành Windows trên ARM đã thu hút sự chú ý đáng kể trong không gian laptop. Tuy nhiên, một “tân binh” đầy hứa hẹn cũng đang nổi lên và giành được động lực mạnh mẽ: RISC-V.
RISC-V là một kiến trúc tập lệnh (ISA) mã nguồn mở đang được ca ngợi là yếu tố tiềm năng thay đổi cuộc chơi trên thị trường. Với sự hỗ trợ từ các ông lớn như Google, Qualcomm và thậm chí cả Intel, không còn nghi ngờ gì nữa, RISC-V không phải là một chiêu trò quảng cáo nhất thời. Câu hỏi đặt ra là: Liệu kiến trúc này có trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với ARM trong lĩnh vực điện thoại thông minh và x86 trong thị trường PC, hay đây chỉ là một lựa chọn thay thế được thổi phồng quá mức? Bài viết này sẽ đi sâu phân tích tiềm năng và những thách thức mà RISC-V đang đối mặt.
Điều Gì Khiến RISC-V Khác Biệt So Với Đối Thủ?
RISC-V khác với kiến trúc ARM, Intel và AMD như thế nào?
Một trong những yếu tố khiến RISC-V nổi bật so với các thiết kế kiến trúc CPU khác là không có công ty nào duy nhất sở hữu kiến trúc RISC-V hoặc các thiết kế liên quan của nó. Điều này khác biệt hoàn toàn với các kiến trúc ARM và x86. Trong trường hợp của ARM, kiến trúc này thường được cấp phép cho các nhà sản xuất để họ triển khai thiết kế của mình vào sản phẩm, chẳng hạn như điện thoại thông minh.
Kiến trúc tập lệnh RISC-V (RISC-V ISA) là một kiến trúc mã nguồn mở, có nghĩa là các nhà sản xuất có thể sử dụng, sửa đổi và mở rộng nó mà không phải chịu thêm phí cấp phép. Do đó, nhiều công ty bị thu hút bởi nó, và việc NVIDIA thất bại trong nỗ lực mua lại ARM đã đặt ra những câu hỏi rõ ràng về tính trung lập của ARM trong hệ sinh thái này. Khả năng tùy chỉnh là một lợi thế lớn khác của RISC-V.
Chiến lược của ARM là yêu cầu các nhà sản xuất chip sử dụng các lõi được thiết kế sẵn (dòng Cortex) hoặc mua giấy phép kiến trúc với chi phí bổ sung (như Qualcomm và Apple đang làm). RISC-V không yêu cầu điều này, loại bỏ các chi phí cấp phép hoặc chi phí áp dụng ISA bổ sung. Việc áp dụng RISC-V cho phép người dùng thiết kế các phiên bản lõi tùy chỉnh mà không bị hạn chế, làm cho nó phù hợp với các bộ tăng tốc AI, thiết bị IoT và điện toán biên (edge computing).
Tuy nhiên, trong khi khả năng tùy chỉnh là một lợi thế, nó cũng tiềm ẩn nguy cơ phân mảnh. Mô hình cấp phép của ARM cung cấp một mức độ tiêu chuẩn hóa nhất định, nghĩa là phần mềm được biên dịch cho một SoC dựa trên ARM thường sẽ chạy được trên một SoC ARM khác. RISC-V, ngược lại, cho phép các công ty tùy chỉnh ISA, điều này có thể dẫn đến các vấn đề không tương thích nếu các nhà sản xuất không tuân thủ các tiêu chuẩn chung. Cách thức quản lý hệ sinh thái RISC-V sẽ là yếu tố then chốt quyết định liệu sự linh hoạt này có tiếp tục là lợi thế hay trở thành nhược điểm về lâu dài.
Biểu đồ dự đoán số lượng chip RISC-V sẽ được sản xuất trong tương lai, cho thấy sự tăng trưởng đáng kể.Nguồn: Agam Shah
RISC-V Đang Vượt Trội Ở Đâu?
Các lĩnh vực mà RISC-V có thể cạnh tranh với x86 và ARM.
RISC-V đã và đang phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực và thiết bị như bộ vi điều khiển, bộ tăng tốc AI và hệ thống nhúng. Các công ty như SiFive, T-Head của Alibaba và nhiều công ty khác đã tích hợp bộ xử lý RISC-V vào các sản phẩm đa dạng, từ bộ điều khiển lưu trữ đến thiết bị nhà thông minh.
Hoạt động gần đây của Google trong việc hỗ trợ RISC-V trên Android cho thấy khả năng một chiếc điện thoại thông minh dựa trên RISC-V là có thể. Tuy nhiên, điều này chưa thể kỳ vọng sẽ sớm xuất hiện, vì Google vẫn đang cân nhắc về việc Android trên RISC-V sẽ được sử dụng ở đâu và như thế nào; họ đã từng công bố trong quá khứ và sau đó lại thay đổi quyết định, điều này không tạo nhiều niềm tin như RISC-V mong muốn.
Ngoài IoT và AI, laptop và máy chủ là những biên giới tiếp theo. Qualcomm, gã khổng lồ chủ yếu ưu tiên các thiết kế ISA của ARM, đã và đang thử nghiệm RISC-V trong các trường hợp sử dụng điện toán công suất thấp. Ventana Micro Systems và Tenstorrent cũng đang phát triển các bộ xử lý RISC-V hiệu suất cao.
Intel, nhà bảo vệ trung thành lâu năm của nền tảng x86, cũng đã đầu tư vào nền tảng RISC-V, mặc dù có lẽ là để triển khai ở các thị trường ngách hơn và không phải là một phần trong các thiết kế cốt lõi của họ. Điều này bao gồm việc thành lập Nhóm Cố vấn Hệ sinh thái x86 (x86 Ecosystem Advisory Group) bởi cả Intel và AMD vào năm ngoái để đảm bảo các giải pháp phần cứng, phần mềm và tổng thể tiên tiến.
Nhóm cố vấn hệ sinh thái x86 được thành lập bởi Intel và AMD, thể hiện nỗ lực củng cố nền tảng này.Credit: Intel
Sự thúc đẩy vào các tác vụ điện toán đám mây và máy chủ là nơi mọi thứ trở nên thú vị. Các nhà cung cấp dịch vụ hyperscale như Google, Amazon và Meta đều đã bày tỏ sự quan tâm đến RISC-V, không nhất thiết là để thay thế x86 hoặc ARM hoàn toàn, mà là để tạo ra các chip tùy chỉnh cho các tác vụ cụ thể. Khả năng thiết kế lõi cho các trường hợp sử dụng nội bộ mà không cần phí cấp phép phù hợp với xu hướng tích hợp theo chiều dọc. Nếu một ông lớn trong ngành, như AWS – vốn đã có các bộ xử lý Graviton dựa trên ARM – có thể thấy giá trị trong việc áp dụng RISC-V cho các tác vụ chuyên biệt, điều đó có thể dần làm xói mòn sự thống trị của ARM trên thị trường trung tâm dữ liệu.
Những Thách Thức Mà RISC-V Đang Đối Mặt
RISC-V đối mặt với nhiều thách thức trong bối cảnh cạnh tranh với x86 và ARM.
Bất chấp những hứa hẹn, RISC-V sẽ không thay thế ARM hoặc x86 chỉ sau một đêm. Những trở ngại lớn nhất là sự ngang bằng về hiệu suất và hỗ trợ phần mềm. Dưới đây là một số ví dụ về những thách thức chính mà RISC-V đang đối mặt với tư cách là một kiến trúc so với ARM và x86.
Hệ sinh thái phần mềm: Hàng thập kỷ phát triển phần mềm tối ưu đã tạo lợi thế cho ARM và x86. Mặc dù hỗ trợ Linux cho ISA của RISC-V đang được cải thiện, nhưng chưa có sự hỗ trợ tương tự cho Windows, và Android chỉ mới bắt đầu phát triển gần đây.
Minh họa hệ sinh thái của Google, cho thấy quy mô và sự phức tạp của việc tích hợp kiến trúc mới như RISC-V.
Sự thiếu hụt hỗ trợ phần mềm trưởng thành đã là gót chân Achilles của nhiều kiến trúc đầy hứa hẹn, và RISC-V cũng không ngoại lệ. Các nhà phát triển cần thời gian để tối ưu hóa hệ điều hành, thư viện và trình biên dịch cho ISA này, và cho đến khi các nhà cung cấp phần mềm lớn hoàn toàn hỗ trợ nó, việc áp dụng sẽ bị hạn chế bên ngoài các thị trường ngách.
Màn hình terminal Ubuntu hiển thị lệnh sao chép kho lưu trữ Box86, minh họa cho việc phát triển phần mềm đa kiến trúc.
Con đường hiệu suất: ARM và x86 đã có hàng thập kỷ tinh chỉnh kiến trúc của họ để đạt hiệu quả và hiệu suất tối đa. Các chip RISC-V hiện nay nhìn chung vẫn thua kém những gì ARM tốt nhất có thể cung cấp, đặc biệt là đối với các ứng dụng hiệu suất cao.
Không giống như ARM và x86 với hàng thập kỷ tối ưu hóa kiến trúc và các thủ thuật tiết kiệm năng lượng, RISC-V đang phải bắt kịp. Mặc dù nó dẫn đầu về hiệu quả cho các ứng dụng nhúng, nhưng điện toán hiệu suất cao là một điểm yếu. Các đổi mới kiến trúc như thực thi ngoài thứ tự (out-of-order execution), thực thi suy đoán (speculative execution) và dự đoán nhánh (branch prediction) đang ở giai đoạn sơ khai đối với các thiết kế RISC-V.
Rủi ro phân mảnh: Khả năng tùy chỉnh là một con dao hai lưỡi. Quá nhiều triển khai RISC-V đa dạng có thể dẫn đến các vấn đề không tương thích, như trường hợp của Android những ngày đầu khi Google không áp đặt các nguyên tắc nghiêm ngặt hơn. Nếu mỗi công ty tạo ra một phiên bản RISC-V hơi khác nhau, hệ sinh thái có thể trở nên phân mảnh, khiến các nhà phát triển phải điều chỉnh phần mềm của họ cho nhiều triển khai thay vì viết một lần và triển khai ở mọi nơi. Quỹ RISC-V International đang cố gắng tiêu chuẩn hóa các phần mở rộng; tuy nhiên, việc thực thi các tiêu chuẩn này sẽ rất khó khăn để triển khai đúng cách khi việc áp dụng tăng lên.
Liệu RISC-V Có Thực Sự Trở Thành Đối Thủ Của ARM Trên Di Động Và x86 Trên PC?
Kết quả ổn định và nhất quán vẫn còn khó đạt được trước sự cạnh tranh.
Một bảng quảng cáo lớn tại hội nghị thượng đỉnh RISC-V, thể hiện sự phát triển và quan tâm của cộng đồng đối với kiến trúc này.Nguồn: @risc_v via X
Rõ ràng là RISC-V đang dần tăng tốc trong cuộc chiến chống lại các kiến trúc x86 và ARM ở một số lĩnh vực, nhưng nó chưa sẵn sàng để thay thế ARM hoặc x86 ở thị trường chính thống. Trong không gian di động, sự hậu thuẫn của Google cho thấy nhiều hứa hẹn, nhưng điện thoại RISC-V vẫn còn cách đây nhiều năm. Trên PC, x86 vẫn giữ vị trí tối cao, và những khó khăn của ARM với khả năng tương thích Windows càng nhấn mạnh mức độ thách thức khi muốn thay thế các nền tảng đã ăn sâu. Laptop RISC-V có thể xuất hiện trong giới phát triển, nhưng việc áp dụng rộng rãi trên thị trường đại chúng vẫn còn là một chặng đường dài.
Nơi mà RISC-V có tiềm năng thực sự là trong các hệ thống nhúng, các thiết kế công suất thấp và bộ tăng tốc AI, những lĩnh vực mà chi phí, hiệu quả và tính linh hoạt quan trọng hơn phần mềm kế thừa. Thách thức lớn nhất của nó là thiếu hỗ trợ phần mềm, điều này sẽ không cải thiện cho đến khi nhiều nhà sản xuất và nhà cung cấp bắt đầu cam kết. Hiện tại, ARM và x86 vẫn giữ vững vị thế, nhưng nếu lịch sử là kim chỉ nam, thì các kiến trúc ngách của ngày hôm nay có thể trở thành tiêu chuẩn của ngày mai, đặc biệt nếu có sự tham gia của các nhà cung cấp phù hợp. Hãy tiếp tục theo dõi để không bỏ lỡ những bước phát triển tiếp theo của RISC-V trên đấu trường công nghệ đầy kịch tính này.
