Sự khác biệt giữa bộ xử lý ARM và Intel

ARM và Intel là hai công ty thiết kế bộ vi xử lý được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện nay. Bộ vi xử lý ARM được biết đến với hiệu suất năng lượng trong các thiết bị di động, trong khi Intel được biết đến với bộ vi xử lý hiệu suất cao được sử dụng trong máy tính cá nhân và máy chủ.

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, chip ARM đã trở nên phổ biến đối với máy tính cá nhân, đặc biệt là laptop. Bây giờ, ARM là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với Intel. Vậy chính xác thì chúng khác nhau như thế nào và bộ vi xử lý nào tốt hơn?

ARM và Intel là 2 công ty công nghệ thống trị thế giới số

ARM và Intel là hai công ty công nghệ khổng lồ sản xuất các bộ vi xử lý khác nhau cho thị trường điện tử. Cả hai công ty đều có ISA (Instruction Set Architecture) riêng, mà họ có quyền sử dụng và cấp phép độc quyền. ISA của Intel được gọi là kiến ​​trúc x86, sử dụng triết lý thiết kế CISC (Complex Instructions Set Computing). ISA của ARM là kiến ​​trúc ARM, sử dụng triết lý thiết kế RISC (Reduced Instruction Set Computing).

Cho đến gần đây, Intel đã thiết kế và sản xuất tất cả các bộ xử lý tại công ty, nhưng hiện nay đã chuyển sang mô hình foundry. Điều này cho phép Intel mở rộng năng lực sản xuất sang các xưởng đúc của bên thứ ba như TSMC và có khả năng sản xuất tiên tiến hơn, giúp những thiết kế chip khó sản xuất hơn của Intel trở nên khả thi.

Ngược lại, ARM hợp tác với các công ty như Apple và Samsung để thiết kế bộ xử lý sử dụng kiến ​​trúc ARM của mình trong khi sử dụng những xưởng đúc của bên thứ ba để sản xuất chip. Đó là lý do tại sao bạn sẽ thấy nhiều bộ xử lý điện thoại thông minh dựa trên ARM, chẳng hạn như Qualcomm Snapdragon, Samsung Exynos, MediaTek Dimensity và Google Tensor, đến từ các công ty khác nhau mặc dù được phân loại là bộ xử lý ARM.

Bây giờ, bạn đã hiểu cách thức hoạt động của cả hai công ty, hãy cùng nói về sự khác biệt giữa bộ xử lý của họ và cách chúng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể.

Sự khác biệt giữa bộ xử lý ARM và Intel

Chỉ vài năm trước, ARM chủ yếu được coi là bộ xử lý công suất thấp được sử dụng cho các thiết bị cầm tay. Tuy nhiên, với dòng chip Apple Silicon M của Apple và bộ xử lý Snapdragon X Elite của Qualcomm thâm nhập thị trường, ARM đang cố gắng cạnh tranh trực tiếp với Intel.

Vậy, bộ xử lý Intel x86 là gì và nó khác với bộ xử lý ARM như thế nào?

1. Instruction Set Architecture (ISA)

Như đã thảo luận trước đó, bộ xử lý ARM sử dụng RISC, trong khi bộ xử lý Intel sử dụng CISC làm triết lý thiết kế cho ISA của chúng. Bộ xử lý RISC sử dụng các lệnh đơn giản hơn, có độ dài cố định, thực thi trong một chu kỳ xung nhịp duy nhất. Sự đơn giản này có thể dẫn đến hiệu quả cao hơn về công suất và tản nhiệt.

Mặt khác, bộ xử lý CISC có các lệnh phức tạp hơn, có thể thực hiện nhiều thao tác trên một lệnh duy nhất. Triết lý thiết kế này nhấn mạnh vào tính linh hoạt và thường được sử dụng để tạo ra phần mềm cực kỳ phức tạp với cái giá phải trả là hiệu suất công suất thấp và nhiệt độ cao hơn.

Tuy nhiên, sự khác biệt giữa RISC và CISC đã trở nên mờ nhạt theo thời gian. Ví dụ, bộ xử lý ARM hiện đại hiện có thể kết hợp một số lệnh phức tạp để có hiệu suất tốt hơn, trong khi bộ xử lý Intel mới nhất sử dụng các kỹ thuật như biên dịch vi lệnh, chia những lệnh CISC thành các hoạt động giống RISC đơn giản hơn để có hiệu suất năng lượng tốt hơn trong những tác vụ đơn giản.

2. Khả năng tương thích/hỗ trợ phần mềm

Vì x86 và ARM ISA dựa trên hai triết lý thiết kế rất khác nhau (RISC và CISC), nên phần mềm được tạo cho chip Intel không thể được xử lý gốc bởi bộ xử lý ARM và ngược lại. Việc phát triển hầu hết các chương trình trên một kiến ​​trúc cụ thể đảm bảo rằng người tiêu dùng sẽ mua bộ xử lý của công ty chỉ vì số lượng lớn các ứng dụng có sẵn.

Nếu bạn đã từng tìm kiếm một CPU desktop mới, có lẽ bạn đã nhận thấy rằng lựa chọn duy nhất là bộ xử lý Intel hoặc AMD. Điều này là do hầu hết các chương trình máy tính đều được thiết kế cho bộ xử lý x86. Vì chỉ có Intel và AMD (sở hữu giấy phép sử dụng x86) mới có thể chạy các chương trình này theo cách gốc, nên họ đã thành công trong việc tạo ra thế độc quyền trên thị trường bộ xử lý PC để bàn.

Mặt khác, bộ xử lý ARM độc quyền trên bộ xử lý điện thoại thông minh vì hệ điều hành và ứng dụng điện thoại thông minh đã được lập trình riêng để chạy trên chip ARM.

Với bộ xử lý Apple Silicon và Qualcomm Snapdragon X Elite hiện có trên laptop, có vẻ như chip ARM cũng đang xâm nhập vào thị trường PC. Tuy nhiên, ARM hiện đang gặp khó khăn về hỗ trợ phần mềm và khả năng tương thích.

Việc Apple chuyển từ bộ xử lý Intel sang Apple Silicon đã khiến nhiều ứng dụng dựa trên Intel không sử dụng được nếu không có trình giả lập Rosetta 2. Mặc dù các nhà phát triển hiện đang cố gắng bắt kịp trong việc phát triển những ứng dụng Universal để chạy gốc trên chip Apple Silicon, nhưng sẽ mất thời gian trước khi tất cả các ứng dụng được hỗ trợ gốc trên máy tính Mac mới hơn.

Tương tự như vậy, mặc dù laptop Snapdragon X Elite chạy hệ điều hành Windows và có thể chạy các ứng dụng Windows, nhưng những ứng dụng này không chạy gốc trên bộ xử lý ARM. Đúng vậy, Windows on ARM đang ngày càng tốt hơn trong việc giả lập các ứng dụng. Nhưng ở trạng thái hiện tại, hiệu suất giảm và lỗi bạn gặp phải từ giả lập vẫn khá đáng kể.

3. Hiệu suất

Mặc dù ranh giới giữa hiệu suất của x86 và ARM rất mờ nhạt, nhưng bộ xử lý Intel vẫn mang lại hiệu suất cao hơn bộ xử lý ARM trong các danh mục phần mềm cụ thể. Ưu điểm này không phải do x86 (vốn dĩ tốt hơn cho hiệu suất cao) mà là do nhiều ứng dụng được tối ưu hóa để tận dụng thế mạnh của x86. Các khối lượng công việc đòi hỏi hiệu suất đa luồng liên tục, chẳng hạn như chơi game, chỉnh sửa video, CAD và ảo hóa, thường sử dụng những script nâng cao và hệ sinh thái mạnh mẽ của x86 để tối đa hóa khả năng của phần cứng.

Tuy nhiên, với bộ xử lý ARM hiện đại có khả năng thực thi không theo thứ tự và pipeline lệnh rộng, khoảng cách giữa x86 và ARM về hiệu suất đang ngày càng thu hẹp. Ngoài ra, các ứng dụng dựa trên những lệnh đơn giản hơn hoặc ưu tiên hiệu quả có thể dễ dàng tối đa hóa khả năng phần cứng ARM, mang lại hiệu suất tuyệt vời trong khi vẫn tiết kiệm điện năng. Điều này khiến ARM đặc biệt cạnh tranh trên các thiết bị di động và hạn chế về sức mạnh.

Khi các nền tảng phát triển ARM ngày càng nhận được nhiều sự hỗ trợ từ những nhà phát triển, nhiều ứng dụng sẽ chạy gốc trên ARM và các nhà phát triển sẽ có thể tối ưu hóa cho phần cứng ARM và tăng hiệu suất phần mềm theo thời gian.

ARM đã chứng minh hiệu suất cạnh tranh với chip dòng M của Apple, vượt trội hơn nhiều bộ xử lý x86 trong các khối lượng công việc cụ thể, đồng thời vẫn duy trì hiệu suất tuyệt vời. Khi ngày càng nhiều nhà phát triển tối ưu hóa hiệu suất phần mềm cho phần cứng ARM, ARM có thể cạnh tranh hoặc thậm chí vượt qua x86 khi nói đến hiệu suất. Tất nhiên, cần nhấn mạnh ở đây là "có thể" vì chip Intel đang cải thiện mỗi năm và vẫn dẫn đầu khi nói đến việc chạy phần mềm đa luồng.

4. Hiệu quả năng lượng

Do nhiều ứng dụng tối đa hóa phần cứng x86, CPU Intel tiêu thụ nhiều điện năng hơn để duy trì hiệu suất. Điều này dẫn đến nhiệt độ cao hơn và thời lượng pin ngắn hơn trên laptop. Nhưng giống như ARM, Intel cũng tìm ra cách để cải tiến điểm yếu của mình. Bộ xử lý Intel hiện đại sử dụng chuyển đổi vi lệnh, trạng thái sleep của gói và tích hợp RAM vào SoC (System on Chip) và kiến ​​trúc CPU hybrid để làm cho bộ xử lý tiết kiệm điện hơn.

Tuy nhiên, bộ xử lý ARM nhìn chung vẫn cung cấp thời lượng pin dài hơn CPU Intel vì kiến ​​trúc dựa trên RISC theo mặc định là tiết kiệm điện hơn.

Bộ xử lý ARM hay Intel tốt hơn?

Với các bộ xử lý dựa trên ARM như Apple Silicon và Snapdragon X Elite của Qualcomm cho thấy kết quả đầy hứa hẹn về sức mạnh tính toán thô, nhiệt độ và hiệu quả sử dụng điện năng, có vẻ như chip ARM sẽ là tương lai của điện toán PC di động. Tuy nhiên, điều này chỉ có thể thực hiện được nếu ARM nhận được nhiều hỗ trợ hơn, đồng thời các nhà phát triển viết và tối ưu hóa phần mềm cho kiến ​​trúc ARM.

Nếu điều đó xảy ra, nó không nhất thiết có nghĩa là ARM tốt hơn Intel. Mặc dù bộ xử lý ARM có thể có lợi thế lớn hơn đối với laptop, x86 vẫn cung cấp sức mạnh tính toán vượt trội và nhiều thập kỷ hỗ trợ cho nhà phát triển. Vì mọi người ưu tiên hiệu suất và các tác vụ tính toán cao cấp cho desktop của họ, nên x86 có khả năng sẽ tiếp tục là bộ xử lý thống trị đối với desktop, nơi thời lượng pin không phải là vấn đề và nhiệt độ dễ kiểm soát hơn. Ngoài ra, các SoC x86 như bộ xử lý Lunar Lake của Intel cũng ngày càng tiết kiệm điện năng hơn.

Vậy, bộ xử lý nào tốt hơn?

Do những cải tiến từ cả hai phía và nhiều biến số mà chúng ta phải cân nhắc để đưa ra phán đoán, rất khó để đưa ra câu trả lời. Tuy nhiên, chip ARM vẫn tiết kiệm điện năng hơn bộ xử lý Intel và chip Intel có hiệu suất cao hơn chip ARM nói chung. Vì vậy, nếu đang tìm kiếm một chiếc laptop có thời lượng pin dài, bạn có thể thấy rằng bộ xử lý ARM tốt hơn. Ngược lại, nếu thích chơi game trên desktop, bạn có thể thấy rằng bộ xử lý x86 của Intel hoặc AMD tốt hơn.