• Thứ Sáu, 09/05/2014 08:13 (GMT+7)

    Di động 64-bit: Vẫn cần thời gian

    Nguyễn Thúc
    Đâu là những lợi ích mà bộ xử lý A7 64-bit ARM mạnh mẽ của Apple đem lại cho những người dùng “chịu chi” để nâng cấp lên iPhone 5S mới? Có lẽ chúng không nhiều như bạn tưởng!

    64-bit – khái niệm không quá mới đối với môi trường máy tính cá nhân nhưng lại là một trào lưu mới trong cuộc chơi di động. Vào lúc này, Apple đã châm ngòi cho cuộc đua với chiếc điện thoại 5S đình đám của họ trong khi những đối thủ khác đang nỗ lực hết mình để bắt kịp. Vậy tính thực tế của điều này như thế nào? Liệu 64-bit chỉ là chiêu bài tiếp thị hay thực sự là một bước đột phá vào thời điểm hiện nay? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu nhé.

     

    Dù 64-bit có nhiều hứa hẹn về hiệu năng cải thiện trong một số ứng dụng, người dùng hầu như sẽ chưa thể cảm nhận được vào lúc này.
    Ngoài năng lực 64-bit, A7 cũng có nhiều cải tiến cho phép cải thiện hiệu năng tính toán đơn thuần.

    Về mặt thiết kế, chip A7 xây dựng dựa trên kiến trúc ARMv8 của ARM với các tập lệnh tăng tốc AES và thuật toán mã hoá SHA-1/SHA-256 (nền tảng cần thiết để quản lý hệ thống bảo mật sinh trắc học Touch ID mới trên iPhone 5S). 

     

     Giới hạn bộ nhớ RAM – điểm khởi đầu quen thuộc

    Theo Apple, chip A7 mới của họ tương thích với mọi ứng dụng iOS đang có mặt hiện nay – kể cả số đông 32-bit. Thực tế, toàn bộ các phần mềm từ những nhà cung cấp ngoài Apple hiện tại vẫn chỉ dựa trên nền tảng 32-bit mà thôi. Trong khi đó, dù không được công bố con số dung lượng RAM chính thức, iPhone 5S hay iPad Air chắc chắn cũng chẳng cần tới khả năng đánh địa chỉ nhớ 64-bit để có thể quản lý những gì nó có. Xét ở góc độ lý thuyết, các phần mềm chạy trên các dòng chip ARM 32-bit của Apple có thể truy cập bộ nhớ ảo lên tối đa 4GB với khả năng quản lý bộ nhớ vật lý 1TB nhờ dải địa chỉ vật lý 40-bit. Tuy nhiên, kể cả trong vài năm tới đây, iPhone hay thậm chí là iPad sẽ khó có thể được trang bị từng đó bộ nhớ RAM – và càng không thể là ngưỡng… chỉ 256TB mà thế hệ A7 mới nhất có thể hỗ trợ (chip A7 có thể đánh địa chỉ bộ nhớ ảo lên tới 64-bit nhưng về mặt thiết kế vật lý, nó chỉ có hệ thống địa chỉ 48-bit mà thôi). Thực tế, những phần mềm có thể sử dụng không gian mở rộng với “sổ địa chỉ” 64-bit dù cho rút cục mỗi ứng dụng có thể thực sự chỉ tận dụng hiệu quả không gian địa chỉ bộ nhớ ảo 48-bit mà thôi (con số dư thừa được lưu phòng hờ cho hệ điều hành và các khoảng trống chưa được đánh địa chỉ). Như thế, liệu sự hiện diện của chip 64-bit có cần thiết? Và tại sao các nhà sản xuất lại quyết tâm hướng tới cuộc chơi mới này như vậy?

    Thực tế, nếu nói một cách thẳng thắn, việc đưa người tiêu dùng tiếp cận môi trường 64-bit vào lúc này dường như đáp ứng mục đích tiếp thị nhiều hơn là phục vụ nhu cầu gì đó thực sự hữu dụng. Dĩ nhiên, Apple đã rất thành công trong việc khẳng định vị trí tiên phong của mình trong cuộc chơi mới. Theo họ, những cải tiến về hiệu năng là hệ quả của số lượng địa chỉ dấu chấm động và số nguyên được tăng lên gấp đôi. Điều này cho phép chip xử lý nạp nhiều dữ liệu hơn trong mỗi thao tác – cho phép cắt giảm số lần truy cập bộ nhớ đệm. Hệ quả là các đơn vị tính toán sẽ không hao phí nhiều thời gian rảnh rỗi chờ đợi dữ liệu như trước. Với cách tiếp cận như thế, hiện tại Apple đang khuyến khích các nhà phát triển ứng dụng iOS tập trung vào môi trường 64-bit mới với lý do đây là cách thức tốt nhất nhằm tận dụng ưu thế của chip mới. Trong đó bao gồm cả việc tận dụng các tập lệnh NEON của ARM – món được xem là câu trả lời đối với SSE của Intel.

     

    Snapdragon 810 sẽ là câu trả lời của Qualcomm đối với Apple trong cuộc đua 64-bit nhưng những sản phẩm cụ thể phải tới 2015 mới có mặt.
     Thiết kế Cortex-A57 của ARM sẽ là tiền đề cho các sản phẩm chip bán dẫn 64-bit của nhiều đối tác sản xuất.

    Việc mở rộng khả năng quản lý bộ nhớ cho nền tảng ARM cũng sẽ mở đường cho các thiết bị “lai” hoặc thiết bị chuyên dụng cao cấp hơn xuất hiện. Điển hình như các dòng máy tính xách tay 2 trong 1, các thiết bị chuyên dụng, máy chủ dựa trên nền tảng ARM…  Ngoài ra, bộ nhớ RAM lớn cũng giúp giảm tình huống hệ điều hành di động phải tạm chuyển dữ liệu đệm của ứng dụng vào bộ nhớ Flash – cho phép tạo ra những trải  nghiệm đa nhiệm mượt mà hơn.

     

    Con dao hai lưỡi tiềm tàng…

    Như thế, những thế mạnh mới sẽ có thể là tốt đối với các ứng dụng 64-bit nhưng không hoàn toàn “hợp gu” với ứng dụng 32-bit truyền thống. Bản thân Apple cũng phải công nhận rằng các đoạn mã 32-bit sẽ không thể chạy nhanh bằng – hoặc ít nhất là hiệu quả được như – mã 64-bit trên nền phần cứng A7. Điều đó cũng đồng nghĩa với việc sự hiện diện của mã 64-bit sẽ song hành với một nhược điểm: khi các đơn vị dữ liệu có kích thước gấp đôi ví dụ như số nguyên dài hơn đòi hỏi tới 4 byte dữ liệu trên chip A6 sẽ cần tới 8 byte trên chip A7. Nói cách khác, bạn sẽ cần gấp đôi lượng bộ nhớ để lưu cùng một lượng thông tin. Bên cạnh bộ nhớ RAM, việc sử dụng thêm byte dữ liệu để lưu một giá trị cũng đồng nghĩa với việc bộ đệm của chip trở nên chật chội hơn – yếu tố cũng góp phần làm suy giảm hiệu năng.

    Mặt khác, khi nhìn từ khía cạnh hệ điều hành, mỗi lần người dùng iPhone 5s kích hoạt ứng dụng 32-bit, iOS 7 sẽ phải nạp khung mã hệ thống 32-bit cần thiết cho ứng dụng. Điều này được thực hiện song song với việc nạp các phiên bản 64-bit của cùng số thư viện mà hệ điều hành có thể đã nạp vào bộ nhớ từ trước đó. Cơ chế này sẽ khiến lượng bộ nhớ yêu cầu của ứng dụng hiện hành trở nên đồ sộ hơn – buộc hệ điều hành phải “gói ghém” các ứng dụng nền vào RAM hay thậm chí là đẩy nó vào bộ nhớ Flash để có đủ chỗ một cách thường xuyên hơn. Đó là chưa kể tới việc phải lưu cả các thư viện hệ thống 32-bit và 64-bit cùng lúc sẽ yêu cầu dung lượng bộ nhớ trong nhiều hơn – một gánh nặng cho các phiên bản iPhone 5S 16GB. Tuy nhiên, điều may mắn là thực tế với mẫu máy này và iOS 7.x, người dùng vẫn chưa vấp phải sự khó chịu thực sự nào về dung lượng lưu trữ trong – ít nhất là so với các đối thủ Android hay Windows Phone.

    Hiện tại, toàn bộ ứng dụng iOS của Apple đã được chuyển hoàn toàn sang 64-bit. Như thế, hiện tượng chậm trễ sẽ chủ yếu do các ứng dụng của những nhà cung cấp thứ ba gây ra. Điều này lý giải tại sao “táo” đang rất nỗ lực thúc giục các đối tác bắt đầu việc nâng cấp hướng tới môi trường mới. Việc nâng cấp này sẽ khởi đầu bằng thao tác tích hợp mã 64-bit mới vào song song với 32-bit có sẵn để đảm bảo tính tương thích tối ưu. Tuy nhiên về lâu dài, những mã mới sẽ dần đóng vai trò chủ chốt và buộc phải được tối ưu hoá để có thể tận dụng hiệu quả nhất những thế mạnh hiệu năng mà A7 sở hữu. Đến một thời điểm nào đó, việc chuyển đổi hoàn toàn và “đoạn tuyệt” quá khứ chắc chắn sẽ xảy ra. Đây cũng là điều mà máy tính để bàn và máy tính xách tay từng chứng kiến khi các ứng dụng 16-bit cũ trở nên lỗi thời. Vấn đề chỉ là… bao lâu mà thôi.

    Một yếu tố cũng cần đề cập tới là với số lượng khổng lồ (chiếm phần tuyệt đối) của các ứng dụng đến từ những nhà phát triển thứ ba dành cho iOS, sẽ còn khá lâu trước khi các ứng dụng hỗ trợ 64-bit trở nên đại trà và chiếm ưu thế hơn. Thậm chí ngay vào lúc này, vẫn còn khá nhiều ứng dụng được thiết kế chưa hề tối ưu cho iOS 7 – vốn đã có mặt được một thời gian khá dài – chứ chưa nói tới 64-bit. Trong khi đó, những ứng dụng được tuyên bố “sẵn sàng cho 64-bit” chắc chắn chưa thể nhanh gấp đôi theo cách mà Apple đang nhấn mạnh – kể cả là những ứng dụng từ chính họ. Vì vậy, trước mắt người dùng gần như sẽ không thể nhận thấy bất cứ sự cải thiện nào về thời lượng sử dụng pin trên iPhone với chip 64-bit. Dù thực tế việc các ứng dụng có thể thực thi các tác vụ nhanh hơn và cho phép chuyển bộ xử lý vào trạng thái tiêu thụ điện thấp sớm hơn để cắt giảm năng lượng sử dụng là hoàn toàn có lý, nhưng điều đó lại vô nghĩa nếu những ứng dụng như vậy chưa thực sự hiện diện. Hệ quả là vào lúc này, người dùng sẽ chưa thể nhận biết rõ được những ích lợi như vậy.

    Điện toán 64-bit di động – vẫn là hướng đi có tương lai?

    Dĩ nhiên, cũng không thể phủ nhận việc Apple quyết tâm chuyển iOS sang môi trường 64-bit à một bước đi đúng đắn – đặc biệt nếu nhìn ở tầm lâu dài. Ngay vào lúc này, môi trường 64-bit của iOS cho phép hệ điều hành này “đồng bộ” tốt hơn với đàn anh Mac OS X – vốn đã được chuyển qua 64-bit từ 2006. Điều này chắc chắn sẽ tạo tiền đề cho sự tương tác gần gũi hơn giữa hai hệ điều hành quan trọng của “táo” cũng như mở rộng tính tương thích nói chung cho hệ sinh thái ứng dụng, dịch vụ của hãng. Bên cạnh đó, nếu sử dụng chip A7 làm khung đánh giá, những phép đo thử nghiệm hiệu năng giữa các đoạn mã 32-bit và 64-bit cho thấy hiệu năng cải thiện của 64-bit là rất đáng kể. Nhiều nguồn tin mới đây cũng xác nhận thiết kế lõi 64-bit mới của ARM (Cortex-A57) chạy nhanh hơn 50% khi xử lý các mã 64-bit so với Cortex-A15 32-bit hiện nay. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, để người dùng thực sự cảm nhận được những khác biệt này hiện tại sẽ là điều rất khó khăn bởi vẫn còn đó quá nhiều rào cản.

    Vậy khi nào sẽ là thời đại của 64-bit? Vào lúc này, phần lớn các dòng điện thoại cao cấp đã bắt đầu sở hữu bộ nhớ RAM 2GB, cá biệt như Galaxy Note 3 với mức 3GB. Như thế, không có gì lạ khi nhiều ý kiến phân tích cho rằng với người tiêu dùng, đó sẽ là khoảng cuối 2015 đầu 2016 – khi những thiết bị di động với bộ nhớ RAM 4GB bắt đầu trở nên phổ biến (lý do đầu tiên và cũng là cơ bản nhất cho môi trường điện toán 64-bit). Để có thể sẵn sàng cho giai đoạn đó, rõ ràng những nhà sản xuất, thiết kế chip như Apple hay Qualcomm sẽ cần phải bắt tay vào cuộc chơi mới ngay từ hiện tại – ít nhất là về mặt hoạch định chiến lược sản phẩm.

    Trong khi đó, nhìn ở góc độ rộng hơn, một thực tế đang diễn ra là việc các nhà sản xuất đã bắt đầu tham gia cuộc đua 64-bit mới. Dù ban đầu, khi Apple hé lộ A7 mới, giám đốc tiếp thị Anand Chandrasekher của Qualcomm đã bày tỏ thái độ dè bỉu trước sản phẩm “táo”. Tuy nhiên chỉ sau đó một thời gian ngắn, ông này không chỉ bị chỉ trích mà còn mất chức một cách “bí ẩn”. Ngay lập tức, chính Qualcomm – song song với Samsung - đã bắt đầu đưa ra kế hoạch cho các mẫu chip 64-bit mới (ví dụ như Snapdragon 810 và 808 cao cấp, 401 dành cho thị trường tầm trung hay Exynos 64-bit hoàn toàn mới). Thậm chí đại gia bán dẫn Intel cũng không đứng ngoài cuộc đua này với các chip Atom Z3xxx (dòng Merrifield và Moorefield). Theo một nhân sự của Qualcomm, “Apple đã đá mọi người một cú với thứ này (chip A7), dù vẫn đang bị xem nhẹ, không thể phủ nhận rằng A7 đã tạo ra sự hoảng hốt thấy rõ cho cả ngành công nghiệp”. Rõ ràng, việc chuyển đổi sang 64-bit không chỉ là vấn đề hiệu năng. Sự thay đổi nền tảng sẽ tạo ra cơ hội cho các nhà sản xuất chip cũng như phát triển phần mềm làm mới lại các tập lệnh của mình cũng như tái định hình cách vận hành của các dòng chip di động và nhiều kiến trúc linh kiện khác. Ở góc độ này, dường như 64-bit chỉ là cái cớ cho một cuộc cách mạng thực sự và cuộc đua này – vốn đã dần nóng lên – hứa hẹn vô vàn những thú vị cho cả ngành công nghiệp di động lẫn người tiêu dùng trong những năm tới đây.

    PCWorld VN, 05/2014

    Intel đã nhanh chân tham gia cuộc chơi mới ngay từ 2014 với Atom Z3xxx.

    ID: A1405_47