(Post 21/07/2006) Công nghệ chip song nhân (dual-core chip) đang “lấn lướt” những hệ thống sử dụng bộ vi xử lý kép (dual-processor system). Ưu thế của chip song nhân là gì và đâu là sự khác biệt giữa hai hệ thống này?

Công nghệ chip ngày càng ưu việt hơn.

Tiết kiệm không gian và chi phí

Những chiếc máy tính cá nhân đầu tiên thuộc dòng Power Mac của Hãng Apple ra đời năm 2000 đã sử dụng bộ vi xử lý kép với hai chip G4 500 MHz gắn trên cùng một bộ bo mạch chủ. Mặc dù những chiếc máy này có hiệu suất cao hơn nhiều so với loại sử dụng một chip, cơ cấu kép cũng đặt ra nhiều vấn đề lớn làm hạn chế những chọn lựa trong thiết kế của Apple.

Trước hết, hai chip cùng hoạt động sẽ phóng ra nhiều nhiệt lượng hơn nên cơ cấu kép đòi hỏi phải có những phương tiện tản nhiệt lớn và hệ thống làm mát đặc biệt. Thêm vào đó, trên một bo mạch phải có hai khe cắm riêng cho hai chip nên chúng sẽ chiếm dụng nhiều không gian hơn và làm tăng giá thành bo mạch chủ.

Trong khi đó, chip song nhân – có hai nhân xử lý hoàn chỉnh và độc lập trên cùng một con chip – chia sẻ bộ nhớ cache và những đường truyền dữ liệu trong hệ thống, và chỉ cần một khe cắm trên bo mạch chủ. Với cấu tạo đó, chip song nhân có ưu thế về thiết kế, tiết kiệm không gian cũng như chi phí sản xuất, và tốc độ xử lý tương đương cơ cấu kép nhưng không phát ra nhiều nhiệt.

Nâng cao hiệu suất

Theo Hãng Apple, chip song nhân có thể làm tăng hiệu quả tính toán lên gấp đôi so với chip đơn nhân cùng tốc độ trên một số ứng dụng. Do vậy, toàn bộ dòng máy Power Mac G5 của Apple đều được trang bị chip song nhân.

Vào trung tuần tháng Mười (2005), Apple lại giới thiệu một kiểu máy mới Power Mac G5 Quad sử dụng hai chip song nhân Power G5 2,5 GHz. Đây là sự kết hợp hai cơ cấu: Kép và song nhân – tổng cộng có đến bốn nhân xử lý độc lập. Mỗi nhân có một bộ nhớ cache L2 1MB đáp ứng yêu cầu cao về xử lý dữ liệu của những ứng dụng khoa học và sáng tạo – hai lĩnh vực mà máy Mac thường được sử dụng.

Với chip song nhân, người sử dụng sẽ thấy được những gia tăng hiệu suất cao nhất ở những ứng dụng đa phân luồng và chạy đồng thời. Các ứng dụng đó nhận ra và khai thác những lợi ích của chip song nhân. Đồng thời, Mac OS X là một hệ điều hành đa xử lý đối xứng (symmetric multi-processing) có khả năng chạy một ứng dụng trên một nhân và điều khiển một tác vụ khác trên một nhân khác. Trong khi đó, những ứng dụng không có đa phân luồng chạy trên hệ thống chip song nhân cũng giống như khi chạy trên hệ thống có bộ vi xử lý kép; chúng không tận dụng hết những ưu điểm của chip song nhân.

“Những ứng dụng đòi hỏi công suất cao, như các ứng dụng về phim ảnh, sẽ chạy tốt với chip song nhân vì hệ thống có thể dành nhiều công suất hơn cho việc chạy ứng dụng trên một nhân, đồng thời vẫn có thể duy trì những công việc của hệ thống trên nhân còn lại”, ông Shane Rau, Giám đốc chương trình về chất bán dẫn trong máy vi tính của công ty nghiên cứu thị trường IDC, nói.

Viễn cảnh nhiều hứa hẹn

Chip song nhân đang là con đường hướng đến tương lai của các nhà sản xuất chip. Họ đang theo đuổi chiến lược thiết kế sao cho có được những gia tăng đáng kể về hiệu suất, tiêu thụ ít năng lượng hơn và ít nóng hơn. Theo Kevin Krewell, Tổng biên tập tạp chí kỹ thuật Microprcesor Report, việc tăng tần số xung nhịp đồng hồ để tăng hiệu suất trong suốt thập niên vừa qua đã không còn hấp dẫn nữa vì nó đòi hỏi bộ xử lý dùng nhiều năng lượng hơn. “Chip song nhân với tốc độ đồng hồ chậm hơn vẫn có thể cung cấp sự gia tăng hiệu suất hoạt động với các ứng dụng đa phân luồng”, ông nói.

Các đại gia trong lĩnh vực chế tạo chip như IBM, Intel và AMD trong những năm gần đây đã cung cấp cho các nhà sản xuất máy tính nhiều loại chip song nhân như Power5 64-bit của IBM, Pentium D của Intel, Opteron và Athlon 64 X2 của AMD.

Hãng Apple cũng đã công bố sẽ chuyển sang dùng chip của Intel trong năm tới. Dù Apple chưa cho biết rõ chi tiết và thời điểm chính xác của sự chuyển đổi này, nhưng những thay đổi đối với dòng máy Power Mac cũng cho thấy sự quan tâm lâu dài của hãng này đối với công nghệ song nhân.

Ưu điểm và khuyết điểm của chip song nhân

Ưu điểm:

  • Hai bộ nhớ cache liên kết chặt chẽ với nhau nên có thể hoạt động ở xung nhịp đồng hồ cao hơn rất nhiều so với bình thường. Nhờ vậy, hiệu suất của những hoạt động cần sử dụng nhiều bộ nhớ cache được cải thiện đáng kể.
  • Chiếm ít không gian trên bo mạch chủ hơn so với những thiết kế sử dụng nhiều chip riêng biệt.
  • Mỗi nhân hoạt động ở điện thế thấp nên chip song nhân sử dụng ít năng lượng hơn so với khi dùng hai chip đơn nhân. Vì vậy, nó tỏa nhiệt ít hơn.
  • Có thể dùng những thiết kế nhân đã được thẩm định qua sử dụng thực tế; do đó, rủi ro về lỗi thiết kế sẽ thấp hơn khi áp dụng những thiết kế nhân mới.

Khuyết điểm

  • Đòi hỏi sự hỗ trợ của hệ điều hành và các phần mềm ứng dụng để việc xử lý được phân chia thích hợp cho từng nhân.
  • Sự tích hợp (vật liệu) trong chip song nhân càng cao thì việc quản lý nhiệt lượng tỏa ra càng khó so với chip đơn nhân có mật độ vật liệu thấp hơn; đồng thời khả năng sản xuất cũng giảm.
  • Về mặt kiến trúc, thiết kế của chip đơn nhân tận dụng diện tích bề mặt của vật liệu silicon tốt hơn chip song nhân. Vì thế, việc phát triển chip song nhân theo những kiến trúc cũ có thể bị lỗi thời.
  • Khả năng mở rộng phụ thuộc nhiều vào các chương trình ứng dụng. Ví dụ, những ứng dụng đòi hỏi xử lý một lượng lớn dữ liệu có thể gây nên tình trang “thắt cổ chai” trong hệ thống xuất nhập dữ liệu.

(theo Thời báo Vi tính Sài Gòn)

0981578920
icons8-exercise-96