• Thứ Ba, 16/12/2003 16:46 (GMT+7)

    Truất phế mạch đồng hồ máy tính

        Mạch không đồng bộ hay không dùng đồng hồ tạo bước ngoặt mới.Không bộ phận nào của máy tính mang ý nghĩa quan trọng bằng mạch đồng hồ của bộ xử lý, gồm bộ dao động tinh thể nhỏ chuyên bắt nhịp cho hệ thống đồng ca. Đôi khi, xung hệ thống lại trở thành yếu tố đặc trưng cho toàn hệ thống. Đã có lúc nào bạn khoe rằng “tớ vừa mua máy tính 3GHz” chưa?Nhưng với thiết bị số, mạch đồng hồ không còn cần thiết nữa. Trong tương lai, thiết bị số  dần chuyển sang sử dụng mạch không dùng đồng hồ (clockless) hay mạch không đồng bộ (asynchronous).
        Trong thời kỳ đầu của máy tính, cả hai loại mạch đồng bộ và không đồng bộ đều được sử dụng nhưng mạch đồng bộ trội hơn do dễ thiết kế, thử nghiệm và sửa lỗi. Sau nhiều thập kỷ dùng cơ chế điều khiển hệ thống bằng đồng hồ, nay cơ chế không dùng đồng hồ, không đồng bộ lại xuất hiện trở lại.

        Việc giữ cho mạch đồng hồ máy tính chạy chính xác ngày càng khó hơn vì bộ vi xử lý ngày càng lớn và phức tạp. Để đảm bảo cho các hoạt động xảy ra đúng lúc, đúng trình tự thì mọi phần của chip đều phải cùng lúc “nhìn giờ” của đồng hồ hệ thống. Nhưng ngày nay đồng đồ đếm nhanh đến nỗi nhịp đếm chưa kịp “truyền” đến tất cả bộ phận của chip thì đã sang nhịp khác. Do đó, các bộ phận ở khoảng cách khác nhau sẽ hoạt động không đồng bộ với nhau.

    Điều này buộc các nhà thiết kế đưa ra cách giải quyết (khá tốn kém và phức tạp) như qui định thứ bậc đường dẫn bus và mạch nhằm chỉnh sửa tốc độ đếm tại những điểm khác nhau trên chip. Vì thế, dòng chip mới cũng “ngốn” điện và tỏa nhiệt không kém. Tệ hơn nữa, tốc độ xử lý của mạch đồng bộ buộc phải bằng tốc độ của bộ phận chạy chậm nhất; đôi khi đó chính là mạch đồng hồ. Theo nghiên cứu của Sun Microsystems, transistor logic mất đến 95% thời gian chỉ để chờ nhịp đếm tiếp theo của đồng hồ.

        Các nhà sản xuất đang thử nghiệm bộ vi xử lý không dùng đồng hồ gồm một số bộ xử lý hoàn toàn không đồng bộ và một số mang bộ phận đồng hồ. Toàn bộ được kết nối với nhau qua mạng không đồng bộ.

        Hãng Self-Timed Solutions đã có chip đầu tiên ứng dụng loại không đồng bộ này, gọi là “liên kết tự định giờ”. Chip có thể cắm dễ dàng vào máy khách đồng bộ cũng như máy khách không đồng bộ, giống như các bộ xử lý hay các vùng nhớ hoạt động ở tần số khác nhau. Kiến trúc này sẽ giúp nhà thiết kế tránh được mức chi phí cao và tính phức tạp cho việc biến các bộ xử lý đồng bộ trên toàn cầu.

        Mạch không đồng bộ có thể chạy nhanh hơn mạch đồng bộ vì các bộ phận không bị nhịp đếm đồng hồ ảnh hưởng. Vì ít tốn điện và tỏa nhiệt ít hơn, nên mạch này có thể dùng trong thiết bị di động.
        Sun sẽ tung ra bộ xử lý mới UltraSPARC IIIi dựa trên mạch không đồng bộ chuyển dữ liệu giữa các môđun bộ nhớ và bộ phận điều khiển bộ nhớ. Theo Sun, vì di chuyển dữ liệu độc lập với nhịp đếm nên các mạch đơn giản hơn, đáng tin cậy, dễ chỉnh sửa và có khả năng chạy nhanh hơn. Những kỹ thuật không đồng bộ sẽ được áp dụng nhiều hơn nữa trong thiết kế chip.

    NHỮNG THÁCH THỨC VỀ THIẾT KẾ

        Nhưng việc tính toán không đồng bộ cũng gây ra nhiều thách thức trong khâu thiết kế. Theo định nghĩa, mạch không đồng bộ vận hành theo cách “mạnh ai nấy chạy”. Kết quả là dẫn tới một loạt sự kiện không thể tính trước, giống như ta có thể dễ biết lộ trình của đoàn duyệt binh hơn người đi đường bất kỳ. Những biện pháp để giải quyết sự bất ổn đó phải được tích hợp vào chip khi thiết kế.

        Hơn nữa, thiết bị không đồng bộ không thể “thừa kế” cơ sở hạ tầng thiết kế, kiểm tra hay tính chuyên nghiệp đã từng gầy dựng cho mạch đồng bộ trị giá đến hàng tỷ USD. Tính chuyên nghiệp là rào cản lớn nhất. Rất ít trường đại học dạy về mạch không đồng bộ.

    Một chuyên gia nhận định nền công nghiệp sẽ chuyển mình theo hướng thiết kế chip không đồng bộ về tổng thể nhưng đồng bộ theo khu vực và liên kết với nhau qua một bộ đệm không đồng bộ.

        Mạch không đồng bộ sẽ không tạo ra cuộc cách mạng lớn mà nó sẽ phát triển từng bước, từng bước một.

    Tưởng Phi Quân
    Computer World 23/12/2002

    ID: A0307_89