Trong hai thập kỷ qua, thị trường kiến trúc máy tính đã chứng kiến sự thống trị của hai gã khổng lồ x86 dành cho laptop và desktop, cùng với kiến trúc ARM chiếm lĩnh gần như toàn bộ không gian smartphone. Gần đây, với sự chú ý ngày càng tăng dành cho Windows trên ARM từ Qualcomm và Microsoft, cục diện thị trường laptop bắt đầu có những thay đổi. Tuy nhiên, một “ngôi sao mới nổi” mang tên RISC-V cũng đang nhanh chóng tạo dựng được động lực đáng kể, hứa hẹn một cuộc cách mạng trong lĩnh vực chip bán dẫn.
RISC-V là một kiến trúc tập lệnh (ISA) mã nguồn mở, được ca ngợi là yếu tố thay đổi cuộc chơi tiềm năng. Với sự ủng hộ từ các tên tuổi lớn như Google, Qualcomm và Intel, không còn nghi ngờ gì về việc RISC-V không chỉ là một chiêu trò quảng cáo nhất thời. Câu hỏi đặt ra là: Liệu RISC-V có thể trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với ARM trong lĩnh vực smartphone và x86 trong thị trường PC, hay đây chỉ là một lựa chọn thay thế được thổi phồng quá mức?
Các bo mạch RISC-V SBC tiềm năng thay thế Raspberry Pi
Điều Gì Làm RISC-V Khác Biệt So Với Đối Thủ?
RISC-V khác với các kiến trúc như ARM, Intel và AMD như thế nào?
Một trong những yếu tố làm RISC-V nổi bật so với các thiết kế kiến trúc CPU khác là việc không có bất kỳ công ty nào sở hữu hoàn toàn kiến trúc RISC-V hay các thiết kế liên quan của nó. Không giống như kiến trúc ARM hay x86 – nơi ARM thường cấp phép cho các nhà sản xuất để họ triển khai thiết kế của mình vào sản phẩm (như smartphone), kiến trúc tập lệnh (ISA) của RISC-V là mã nguồn mở hoàn toàn. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất có thể sử dụng, sửa đổi và mở rộng nó mà không phải chịu thêm bất kỳ khoản phí cấp phép nào.
Biểu đồ dự báo số lượng chip RISC-V sẽ tăng trưởng mạnh mẽ trong tương lai
Chính nhờ ưu điểm này mà RISC-V thu hút nhiều công ty, và nỗ lực mua lại ARM không thành công của NVIDIA đã làm dấy lên 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.
Trong khi ARM yêu cầu các nhà sản xuất chip phải sử dụng các lõi thiết kế sẵn (dòng Cortex) hoặc mua thêm giấy phép kiến trúc với chi phí bổ sung (như cách Qualcomm và Apple đang làm), RISC-V lại loại bỏ các chi phí cấp phép hoặc phí áp dụng ISA. Việc áp dụng RISC-V cho phép người dùng tự do thiết kế các phiên bản lõi tùy chỉnh mà không bị hạn chế, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các bộ tăng tốc AI, thiết bị IoT và điện toán biên (edge computing).
Giao diện terminal Ubuntu minh họa lệnh sao chép kho Box86, liên quan đến hỗ trợ phần mềm trên kiến trúc khác
Tuy nhiên, dù 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, theo đó phần mềm biên dịch cho một SoC dựa trên ARM thường sẽ chạy được trên một SoC ARM khác. Ngược lại, RISC-V cho phép các công ty tùy chỉnh ISA, điều này có thể dẫn đến các vấn đề không tương thích nếu 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.
RISC-V Đang Vượt Trội Ở Đâu?
Các lĩnh vực RISC-V có thể cạnh tranh với x86 và ARM trong các trường hợp sử dụng cụ thể
RISC-V đã và đang phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực và thiết bị như bộ vi điều khiển (microcontrollers), bộ tăng tốc AI và hệ thống nhúng (embedded systems). Các công ty như SiFive, T-Head của Alibaba, và nhiều hãng 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 smartphone dựa trên RISC-V là có thể. Tuy nhiên, điều này khó có thể xảy ra sớm, vì Google vẫn còn cân nhắc về nơi và cách thức Android trên RISC-V sẽ được sử dụng; họ đã từng công bố rồi lại rút lại, điều này không tạo nhiều niềm tin như RISC-V mong muốn.
Nhóm tư vấn hệ sinh thái x86 từ Intel, thể hiện sự cạnh tranh và phát triển của kiến trúc này
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 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.
Ngay cả Intel, người bảo vệ trung thành lâu năm của nền tảng x86, cũng đã đầu tư vào nền tảng RISC-V, mặc dù có thể là để triển khai ở các thị trường ngách và không phải là một phần trong các thiết kế cốt lõi của họ. Điều này bao gồm việc thành lập Nhóm Tư 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.
Sự thúc đẩy vào các khối lượng công việc trên đám mây và máy chủ là nơi mọi thứ trở nên thú vị. Các nhà cung cấp dịch vụ siêu quy mô (Hyperscalers) như Google, Amazon và Meta đều đã thể hiện sự quan tâm đến RISC-V, không hẳn là để thay thế hoàn toàn x86 hoặc ARM, mà là để tạo ra các chip tùy chỉnh cho các khối lượng công việc cụ thể. Khả năng thiết kế lõi cho các trường hợp sử dụng nội bộ mà không tốn phí cấp phép phù hợp với xu hướng tích hợp theo chiều dọc. Nếu một tên tuổi lớn trong ngành như AWS, vốn đã có bộ xử lý Graviton dựa trên ARM, có thể nhìn thấy giá trị trong việc áp dụng RISC-V cho các khối lượng công việc chuyên biệt, điều này có thể dần dần làm suy yếu sự kiểm soát của ARM đối với thị trường trung tâm dữ liệu.
Những Thách Thức Đối Với RISC-V
RISC-V đối mặt nhiều rào cản để theo kịp x86 và ARM
Mặc dù có nhiều hứa hẹn, RISC-V sẽ không thể thay thế ARM hay x86 chỉ sau một đêm. Các trở ngại lớn nhất là sự tương đồng về hiệu suất và hỗ trợ phần mềm. Dưới đây là một số ví dụ về những thách thức chính mà kiến trúc RISC-V đang phải đối mặt so với ARM và x86.
Hệ sinh thái Google, minh họa thách thức hỗ trợ phần mềm cho kiến trúc mới như RISC-V
-
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 vẫn chưa có hỗ trợ tương tự cho Windows, và Android chỉ mới bắt đầu phát triển gần đây. 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. Cho đến khi các nhà cung cấp phần mềm lớn thực sự hỗ trợ đầy đủ, việc áp dụng RISC-V sẽ bị hạn chế bên ngoài các thị trường ngách.
-
Hiệu suất: ARM và x86 đã có hàng thập kỷ tinh chỉnh kiến trúc của mình để đạt được hiệu quả và hiệu suất tối đa. Các chip RISC-V hiện nay nhìn chung vẫn thua kém những gì tốt nhất mà ARM cung cấp, đặc biệt 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 điện năng, RISC-V đang bắt kịp. Mặc dù dẫn trước về hiệu quả cho các ứng dụng nhúng, điện toán hiệu suất cao vẫn 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) vẫn còn ở giai đoạn sơ khai đối với các thiết kế RISC-V.
Máy Mac Mini M4 trên bàn kính, đại diện cho sự phát triển của kiến trúc ARM trong máy tính cá nhân
- Nguy cơ phân mảnh: Khả năng tùy chỉnh là một con dao hai lưỡi. Quá nhiều triển khai RISC-V khác nhau có thể dẫn đến các vấn đề không tương thích, tương tự như những ngày đầu của Android 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. Tổ chức RISC-V International Foundation đang nỗ lực để tiêu chuẩn hóa các phần mở rộng; tuy nhiên, việc thực thi các tiêu chuẩn này sẽ rất khó khăn khi sự chấp nhận ngày càng tăng.
RISC-V Có Thực Sự Đối Đầu Được Với ARM Cho Di Động và x86 Cho PC?
Kết quả ổn định và nhất quán vẫn còn khó đạt được so với đối thủ
Bảng quảng cáo Hội nghị thượng đỉnh RISC-V, cho thấy sự phát triển và cộng đồng của kiến trúc này
Rõ ràng là RISC-V đang có được động lực trong cuộc chiến chống lại kiến trúc x86 và ARM ở một số lĩnh vực, nhưng nó chưa sẵn sàng để thay thế ARM hay x86 ở thị trường chính thống. Trong không gian di động, sự hậu thuẫn của Google cho thấy nhiều hứa hẹn, tuy nhiên, điện thoại RISC-V vẫn còn nhiều năm nữa mới xuất hiện. Trên PC, x86 vẫn giữ vững vị trí dẫn đầu, và những khó khăn của ARM với khả năng tương thích của Windows càng nhấn mạnh mức độ thách thức khi muốn lật đổ 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 vẫn còn là một chặng đường dài.
Nơi RISC-V có tiềm năng thực sự là trong các hệ thống nhúng, 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 được cải thiện cho đến khi nhiều nhà sản xuất và nhà cung cấp bắt đầu cam kết. Hiện tại, ARM và x86 vẫn an toàn, nhưng nếu lịch sử là bất kỳ bằng chứng nào, thì các kiến trúc ngách của ngày hôm nay có thể trở thành tiêu chuẩn của ngày mai, đặc biệt nếu có được sự tham gia của các đối tác phù hợp.
Bạn nghĩ gì về tương lai của RISC-V? Liệu nó có thể thực sự tạo nên sự khác biệt trong ngành công nghệ chip? Hãy chia sẻ ý kiến của bạn trong phần bình luận bên dưới, hoặc đọc thêm các bài phân tích chuyên sâu về kiến trúc CPU trên congnghe360.net để có cái nhìn toàn diện hơn!