Trong suốt 20 năm qua, thị trường kiến trúc máy tính đã chứng kiến sự thống trị của hai gã khổng lồ: x86 dành cho laptop và máy tính để bàn, và ARM cho gần như toàn bộ điện thoại thông minh trên thế giới. Dù gần đây Qualcomm và Microsoft đã nỗ lực đưa hệ điều hành Windows trên ARM thu hút sự chú ý trong phân khúc laptop, nhưng một “người chơi” mới, RISC-V, cũng đang dần tạo được tiếng vang đáng kể.
RISC-V là một kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture – ISA) mã nguồn mở, được nhiều người ca ngợi là yếu tố tiềm năng thay đổi cuộc chơi trên thị trường. Với sự ủng hộ của các ông lớn như Google, Qualcomm và thậm chí cả Intel, không thể phủ nhận RISC-V không phải là một chiêu trò quảng cáo nhất thời. Câu hỏi đặt ra là: Liệu đây có phải là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với ARM trong không gian smartphone và x86 cho PC, hay chỉ là một lựa chọn thay thế được cường điệu hóa quá mức?
5 bo mạch RISC-V SBCs thay thế Raspberry Pi hiệu quả
RISC-V Khác Biệt Thế Nào So Với Đối Thủ?
Kiến trúc RISC-V có gì độc đáo so với ARM, Intel và AMD
Một yếu tố khiến RISC-V nổi bật so với các thiết kế kiến trúc CPU khác là không có một công ty nào duy nhất sở hữu kiến trúc RISC-V hay các thiết kế liên quan của nó. Không giống như kiến trúc ARM và x86 – trong trường hợp của ARM, các nhà sản xuất thường phải xin cấp phép để triển khai thiết kế của họ vào sản phẩm, chẳng hạn như điện thoại thông minh.
ISA của RISC-V 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 nỗ lực mua lại ARM thất bại của NVIDIA đã đặt ra 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) – điều mà RISC-V không yêu cầu. 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).
Cửa sổ Terminal của Ubuntu với lệnh dùng để clone kho lưu trữ Box86 được đánh dấu
Tuy nhiên, trong khi 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 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 các nhà sản xuất không tuân thủ các tiêu chuẩn chung. Cách hệ sinh thái RISC-V được quản lý sẽ rất quan trọng để xác định liệu sự linh hoạt này có duy trì là một lợi thế hay trở thành một nhược điểm về lâu dài.
RISC-V Đang Vượt Trội Ở Đâu?
Tiềm năng cạnh tranh trong các trường hợp sử dụng cụ thể
RISC-V hiện đang phát triển mạnh trong nhiều lĩnh vực và thiết bị như bộ vi điều khiển (microcontrollers), bộ tăng tốc AI (AI accelerators) 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 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 một chiếc smartphone dùng RISC-V là hoàn toàn khả thi, nhưng đây không phải là điều chúng ta có thể mong đợi sớm. Google vẫn còn đang cân nhắc về việc Android trên RISC-V sẽ được sử dụng ở đâu và như thế nào; họ đã từng công bố rồi lại rút lại, điều này không tạo nhiều sự tự tin như RISC-V mong muốn.
Hình ảnh nhóm tư vấn hệ sinh thái x86Nguồn ảnh: Intel
Ngoài IoT và AI, laptop và máy chủ là những biên giới tiếp theo. Qualcomm, gã khổng lồ chủ yếu sử dụng 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, nhà 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 hơn chứ 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 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 khối lượng công việc trên đám mây và máy chủ là nơi mọi thứ trở nên thú vị. Các công ty hyperscaler như Google, Amazon và Meta đều đã thể hiện sự quan tâm đến RISC-V, không nhất thiết là để thay thế hoàn toàn x86 hay ARM, mà là để tạo ra silicon 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 phải trả phí cấp phép phù hợp với xu hướng tích hợp theo chiều dọc. Nếu một ông lớn trong ngành, chẳng hạn 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 đó có thể dần dần làm suy yếu sự kiểm soát của ARM đối với thị trường trung tâm dữ liệu.
Những Thách Thức Lớn Đối Với RISC-V
RISC-V đối mặt nhiều rào cản để bắt kịp x86 và ARM
Bất chấp những hứa hẹn, RISC-V sẽ không thể thay thế ARM hay x86 chỉ sau một đêm. Những trở ngại lớn nhất là sự tương đồng về hiệu năng và hỗ trợ phần mềm. Dưới đây là một số ví dụ về những thách thức chính mà RISC-V phải đối mặt với tư cách là một kiến trúc so với ARM và x86.
Hệ sinh thái Google
Hệ sinh thái phần mềm: Hàng thập kỷ phát triển phần mềm tối ưu đã tạo lợi thế cho ARM và x86. Mặc dù sự 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.
Thiếu sự 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. Cho đến khi các nhà cung cấp phần mềm lớn hoàn toàn hỗ trợ nó, việc chấp nhận RISC-V sẽ bị hạn chế ngoài các thị trường ngách.
Con đường hiệu năng: ARM và x86 đã có hàng thập kỷ tinh chỉnh kiến trúc của họ để đạt hiệu quả và hiệu suất tối đa. Chip RISC-V hiện nay nhìn chung vẫn thua kém so với những gì ARM tốt nhất 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 trong quá trình bắt kịp. Mặc dù nó dẫn trước về hiệu quả cho các ứng dụng nhúng, nhưng 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 dự đoán (speculative execution) và dự đoán nhánh (branch prediction) vẫn còn sơ khai đối với các thiết kế RISC-V.
Nguy cơ 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 đã từng xảy ra trong những ngày đầu của Android khi Google không áp đặt các nguyên tắc chặt chẽ 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 cố gắng tiêu chuẩn hóa các phần mở rộng; tuy nhiên, việc thực thi các tiêu chuẩn này sẽ là một thách thức để triển khai đúng cách khi mức độ chấp nhận tăng lên.
Liệu RISC-V Có Thật Sự Đủ Sức Cạnh Tranh Với ARM Trên Di Động và x86 Trên PC?
Kết quả ổn định và nhất quán vẫn còn khó đạt được so với đối thủ
Một bức ảnh bảng quảng cáo hội nghị thượng đỉnh RISC-V.Nguồn ảnh: @risc_v trên X
Rõ ràng là RISC-V đang dần tạo đà trong cuộc chiến chống lại kiến trúc x86 và ARM ở một số lĩnh vực, nhưng nó chưa sẵn sàng để thay thế ARM hoặc x86 trên 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 xa nhiều năm. Trên PC, x86 vẫn ngự trị tối cao, và những khó khăn của ARM với khả năng tương thích Windows càng nhấn mạnh mức độ khó khăn để đánh đổ các nền tảng đã ăn sâu. Laptop RISC-V có thể xuất hiện trong giới phát triển, nhưng việc được chấp nhận rộng rãi trên thị trường vẫn còn là một viễn cảnh xa vời ở thời điểm hiện tại.
Nơi RISC-V có tiềm năng thực sự là ở 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 an toàn, 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 bên phù hợp.