Kiến trúc ARM thực sự có hiệu quả về mặt hiệu năng/điện năng hơn x86?

Nhiều năm trở lại đây, sự lớn mạnh của ARM đã vươn xa hơn mặt trận truyền thống là chip di động, ứng dụng nhúng. Các đại diện đến từ Apple, Qualcomm trên sân khấu PC khiến cho nhiều người đặt câu hỏi phải chăng x86 đã trở nên lỗi thời?

Chip AmpereOne A192-32X trong socket LGA 5964

Tất nhiên một phần nguyên nhân chính đến từ Intel, khi đã dậm chân tại chỗ suốt nhiều năm liền. Dây chuyền sản xuất bị tụt hậu kèm theo những xáo trộn từ cấp lãnh đạo đã khiến cho các sản phẩm của công ty này mất dần đi tính cạnh tranh. Song ngoài Intel ra vẫn còn AMD, và công ty này vẫn đều đặn ra mắt những con chip đời sau tốt hơn đời trước. Lần này với sự ra mắt của dòng chip Turin, trong đó phiên bản cao nhất EPYC 9965 có tới 192 nhân - ngang cơ AmpereOne A192-32X. Chúng ta có dịp so găng thử ở cùng cấp độ 1:1 thì x86 vs. ARM sẽ như thế nào.

Ampere và các sản phẩm

Nhưng trước khi đi vào chi tiết, chúng ta hãy điểm qua đôi nét về đại diện ARM của hôm nay. Ampere hay Ampere Computing LLC là một công ty thiết kế chip còn tương đối trẻ, được thành lập vào 2017 bởi Renée James, từng là chủ tịch của Intel trong vòng 3 năm cho tới khi tách ra lập công ty riêng. Đây là một trong số hiếm hoi các doanh nghiệp đánh vào mảng chip server mà dựa hoàn toàn vô kiến trúc ARM.

Cho tới hiện tại, Ampere có 2 dòng sản phẩm chính gồm Ampere Altra và AmpereOne. Trong đó Altra có thể xem là dòng sản phẩm "hơi cũ" khi có từ 32 - 128 nhân xử lý, ra đời từ 2020 và được sản xuất trên dây chuyền TSMC N7. Tới 2022, AmpereOne ra đời với tối đa 192 nhân xử lý, hỗ trợ các chuẩn giao tiếp PCIe 5 cũng như DDR5. Nó cũng được sản xuất trên dây chuyền TSMC N5 mới hơn. Tới giữa năm nay, công ty này cho biết đang có kế hoạch làm ra phiên bản AmpereOne 256 nhân và sẽ hợp tác với Qualcomm để làm ra một số sản phẩm. Song con chip này chưa ra mắt nên AmpereOne A192-32X vẫn là model cao cấp nhất công ty này hiện có.

Song có một điểm bạn cần chú ý là Ampere có quy mô nhỏ hơn AMD lẫn Intel khá nhiều. Tuy giá niêm yết các sản phẩm của Ampere thấp hơn 2 đối thủ x86 đáng kể nhưng không có nghĩa bạn có thể dễ dàng mua được chúng. Theo Phoronix ngay tại thời điểm viết bài, dù AmpereOne được giới thiệu từ 2 năm trước nhưng cho tới lúc này sản lượng vẫn rất hạn chế. Đúng ra nó đã có thể đối đầu với chip Bergamo 128 nhân của AMD hoặc Sierra Forest 144 nhân của Intel. Nhưng vì sản xuất chậm chạp mà nay đối thủ chính của nó Turin Dense 192 nhân từ AMD.

Cuối 2024 mới có bản AmpereOne 192 nhân hỗ trợ 12 kênh DDR5

Do đó mặc dù lần so sánh này có ít nhiều khập khiễng, song chúng ta cũng không làm gì hơn được vì chậm tiến độ là vấn đề của nhà sản xuất. Và sản phẩm mà ra mắt thị trường trễ quá thì anh phải chấp nhận thiệt thòi trước đối thủ. Luật kinh tế thị trường vẫn là "thuận mua thì vừa bán".

So sánh kỹ thuật

Về cơ bản có khá nhiều khác biệt giữa 2 con chip hôm nay. 1 bên là kiến trúc x86_64 mới nhất từ AMD, 1 bên là AArch64 mua bản quyền từ ARM. Dù cùng có 192 nhân song đại diện AMD gần như "cơ bắp" hơn cả - nó hỗ trợ SMT cho phép xử lý tới 384 luồng. Ngoài ra EPYC có mức xung vận hành linh động hơn, từ 2.25 tới 3.7 GHz. Nó chạy được 12 kênh bộ nhớ DDR5-6000 (một vài trường hợp có thể tới 6400 MHz). TDP lên tới 500 W đi kèm với bộ đệm L3 Cache "khủng" 384 MB.

Thông số kỹ thuật 2 hệ thống EPYC vs. AmpereOne

Đối thủ AmpereOne tương đối "còi xương" hơn. Ngoài việc chỉ chạy đơn luồng/nhân, xung của nó cũng không linh động mà duy trì ở 3.2 GHz. Số kênh DD5-5200 có thể chạy tối đa là 8 kênh. Bộ đệm L3 chỉ vỏn vẹn 64 MB. Điểm mạnh duy nhất là mức hao điện của con chip ARM chỉ có 276 W (Ampere không dùng thuật ngữ TDP như AMD, Intel nên hơi khó so sánh).

"Biết thân biết phận" nên Ampere chào giá con chip cao cấp nhất của mình chỉ nhỉnh hơn 1/3 giá đối thủ (5,555 vs. 14,813 USD). Nhưng dù vậy thì sản lượng thấp nên việc đặt mua các hệ thống rack Ampere khó khăn hơn, có thể dẫn tới giá thành thực tế tới tay khách hàng không được như niêm yết. Trên thực tế, Ampere chủ yếu cung cấp sản phẩm của mình qua dịch vụ cloud của các đối tác như Google, Oracle, Microsoft, Tencent...

Giá thành các chip AmpereOne

Cũng do yếu tố "khan hiếm" nên Phoronix chỉ có trong tay được 1 hệ thống Supermicro AmpereOne, không thực hiện so sánh hiệu quả chạy 2P như thế nào (hệ số scaling khi đầu tư nhiều CPU cùng lúc). Vì vậy, chúng ta chỉ có kết quả 1P vs. 1P trong lần này.

Kết quả benchmark

Có thể nói thời gian gần đây, sự lớn mạnh của ARM đã khiến nhiều người nghĩ rằng nó chính là tương lai. Còn x86 "già cỗi" sẽ sớm bị đào thải. Nhưng thực tế bài benchmark này cho thấy hình ảnh hoàn toàn khác. Có thể ARM rất tốt trên di động nhưng khi chạy server 365/247 thì đó là lãnh địa khác. Tổng quan chung, trừ một số hiếm hoi bài test "nhỉnh hơn một tý", còn lại con chip mới nhất của Ampere không thể đọ lại đối thủ đến từ AMD.

Hiệu năng tổng thể và mức hao điện

Về mức hao điện, tuy TDP con chip EPYC tới 500 W nhưng thực tế benchmark nó chỉ ngốn tối đa 462 W, bình quân 275 W và lúc nghỉ (idle) chưa tới 20 W. Bên AmpereOne lần lượt là 401, 231 và 101 W. Chúng ta chưa rõ nguyên nhân tại sao nhưng trạng thái nghỉ của AmpereOne quả thật có vấn đề. Có lẽ do BIOS còn lỗi. Nhưng khi test thì tất cả đều fullload nên con số idle không ảnh hưởng lắm. Nhìn chung AmpereOne dùng ít điện hơn EPYC nhưng chênh lệch không đáng kể chỉ 20% (231 vs. 275 W).

Bù lại 192 nhân Zen 5c lại mạnh gấp 1,6 lần 192 nhân AArch64, với xung nhịp có thể xem là ngang bằng. Thế nên đem bài toán hiệu năng/tiêu thụ điện (p/p) ra cân thì AmpereOne hoàn toàn thua EPYC.

Tất nhiên bạn có thể nói bài so sánh này là khập khiễng vì AmpereOne dùng tiến trình cũ hơn EPYC. Nhưng cứ cho là cả 2 xài chung tiến trình thì hệ số p/p của ARM cũng không tốt hơn x86. Trên thực tế ở một bài so sánh khác hồi năm ngoái, khi con chip 192 nhân của Ampere so găng với các đại diện Zen 4/4c cũng không hề tốt hơn. AmpereOne A192-32X dùng lượng điện ngang với EPYC 9754 nhưng hiệu năng vẫn kém tới 10%.

Ở đây, có một trường hợp ARM đúng là tốt hơn x86 khi so sánh với các đối thủ Xeon. Nhưng bạn cần nhớ đó là chip Intel chứ không phải toàn bộ x86. EPYC của AMD vẫn có hệ số p/p tốt hơn ARM.

So sánh sức mạnh AmpereOne với EPYC và Xeon đời trước

Quay lại thực tại, tuy so sánh AmpereOne với EPYC 9005 có hơi "ép người". Song đây là thực tế nghiệt ngã của thị trường công nghệ, đặc biệt là mảng sản phẩm cho doanh nghiệp. Nếu người dùng cá nhân có sở thích "đú trend", "trải nghiệm", "khám phá" thì các công ty hoàn toàn ngược lại. Bạn không thể lấy việc kinh doanh của cả doanh nghiệp ra "nghịch". Trong kinh doanh thời gian là vàng bạc. Doanh nghiệp của bạn không thể "chờ" cả năm trời chỉ để "ngóng" một sản phẩm nào đấy mà hiệu quả của nó là một dấu (?) chưa rõ ràng. Do đó nếu Ampere không thể giao hàng kịp thời hạn thì họ không thể trách khách hàng chọn mua sản phẩm của Intel hay AMD.

Dù sao, Ampere không phải là công ty duy nhất có khả năng làm chip ARM cho server. Các công ty khác hoàn toàn có thể chen chân vào đây. Song server là mảng có tính nghiệt ngã gấp nhiều lần PC và di động. Chi phí sản xuất con chip 192 nhân hiển nhiên cao hơn nhiều những con chip chỉ có vài chục nhân trở lại. Mà chi phí càng cao thì rủi ro càng nhiều, đòi hỏi rất nhiều tâm cơ và tính toán trước khi xuống tay đánh nước cờ…