Cách Chip Siêu Mạnh M1 Ultra của Apple Giữ Cho Định Luật Moore Tiếp Tục Tồn Tại

Với mục đích thực tế, M1 Ultra hoạt động như một miếng silic đơn lẻ, lớn đến nỗi không thể tin được, thực hiện mọi thứ. Chip mạnh mẽ nhất của Apple đến nay có 114 tỷ bóng bán dẫn đóng gói trong hơn một trăm lõi xử lý dành cho logic, đồ họa và trí tuệ nhân tạo, tất cả kết nối với 128 gigabyte bộ nhớ chung. Nhưng M1 Ultra thực sự là một quái vật Frankenstein, bao gồm hai chip M1 Max giống nhau được ghim lại với nhau bằng một giao diện silic làm cầu nối. Thiết kế thông minh này khiến cho những chip nối liền này trở nên như là một thể lớn duy nhất.

Khi việc thu nhỏ bóng bán dẫn trở nên khó khăn hơn và không thực tế để làm cho các chip cá nhân lớn hơn nhiều, các nhà sản xuất chip đang bắt đầu nối các thành phần lại với nhau để tăng cường sức mạnh xử lý. Phương pháp giống như Lego là một cách quan trọng mà ngành công nghiệp máy tính đang hướng tới. Và M1 Ultra của Apple cho thấy rằng các kỹ thuật mới có thể tạo ra những bước nhảy lớn về hiệu suất.

“Công nghệ này xuất hiện đúng lúc,” nói Tim Millet, Phó Chủ tịch Công nghệ phần cứng tại Apple. “Một cách nào đó, nó liên quan đến Định luật Moore,” ông thêm, trong tham chiếu đến nguyên tắc cổ điển đã được đặt theo tên của đồng sáng lập Intel, Gordon Moore, rằng hiệu suất chip—đo bằng số bóng bán dẫn trên một chip—tăng gấp đôi mỗi 18 tháng.

Không còn là bí mật nữa rằng Định luật Moore, đã thúc đẩy tiến triển trong ngành công nghiệp máy tính và kinh tế trong nhiều thập kỷ, không còn đúng nữa. Một số chiêu trò kỹ thuật cực kỳ phức tạp và đắt đỏ hứa hẹn sẽ giúp co lại kích thước các thành phần etsch vào chip silic thêm nữa, nhưng kỹ sư đang đến giới hạn vật lý về việc chúng ta có thể thu nhỏ những thành phần này, có đặc tính được đo trong tỷ phần tỷ mét, một cách thực tế được. Ngay cả khi Định luật Moore đã lỗi thời, chip máy tính trở nên quan trọng—và phổ biến—hơn bao giờ hết. Silic hiện đại đóng vai trò quan trọng trong các công nghệ như trí tuệ nhân tạo và 5G, và những gián đoạn trong chuỗi cung ứng do đại dịch đã làm nổi bật tầm quan trọng của bán dẫn đối với các ngành công nghiệp như chế tạo ô tô.

Khi mỗi thế hệ silic mới tiến bộ ít hơn một bước nhỏ, ngày càng nhiều công ty đã chuyển sang thiết kế chip riêng của họ để đạt được hiệu suất cao. Từ năm 2010, Apple đã sử dụng silic tùy chỉnh cho iPhone và iPad của mình—sau đó, vào năm 2020, công ty thông báo rằng nó sẽ thiết kế chip riêng cho các dòng Mac và MacBook, rời xa sản phẩm của Intel. Apple tận dụng công việc mà họ đã thực hiện trên chip điện thoại thông minh để phát triển chip máy tính để bàn của mình, sử dụng cùng kiến trúc, được cấp phép từ công ty Anh ARM. Bằng cách chế tạo silic riêng của mình và tích hợp các chức năng mà thông thường có thể được thực hiện bởi các chip riêng lẻ vào một hệ thống-on-a-chip, Apple kiểm soát toàn bộ sản phẩm và có thể tùy chỉnh phần mềm và phần cứng cùng nhau. Mức kiểm soát đó quan trọng.

“Tôi nhận ra toàn bộ thế giới [chế tạo chip] đảo ngược,” nói Millet, một người kỳ cựu trong ngành công nghiệp chip, đã gia nhập Apple từ Brocade, một công ty mạng Mỹ, vào năm 2005. Khác với Intel, chẳng hạn, thiết kế và sản xuất chip sau đó được bán cho những nhà sản xuất máy tính, Millet giải thích rằng Apple có thể làm việc trên thiết kế chip cho một sản phẩm cùng một lúc với phần mềm, phần cứng và thiết kế công nghiệp.

Khi Apple công bố M1 Max, chip máy tính để bàn trước đó của mình, vào tháng 10 năm ngoái, một số người quan sát tinh tế đã chú ý đến một điều lạ: một dải silic dọc theo một cạnh có vẻ không làm gì cả. Silic bí ẩn này sẽ được xác định là một phần của công nghệ kết nối siêu tốc, có một mảng kết nối tinh tế, được Apple gọi là UltraFusion, biến hai chip M1 Max thành một M1 Ultra.

Khi Apple bắt đầu làm việc trên một máy tính để bàn mới cho người dùng có sức mạnh, một sản phẩm sau này sẽ trở thành Mac Studio, đội chip biết rằng sẽ không thể chỉ dựa vào Định luật Moore để tăng cường hiệu suất đáng kể. Nhưng TSMC, nhà sản xuất chip Đài Loan làm nền tảng cho thiết kế của Apple, đã bắt đầu hoàn thiện công nghệ để kết nối hai miếng silic bằng cách sử dụng một kết nối siêu tốc, ý tưởng đã tồn tại nhiều năm trước đây nhưng trước đây chủ yếu được sử dụng để kết hợp các lõi thực hiện các công việc khác nhau. Apple tùy chỉnh kỹ thuật của TSMC để tạo ra giao diện bí ẩn xuất hiện trên Max, nối ghép hai chip cực kỳ phức tạp.

“UltraFusion đã đưa cho chúng tôi những công cụ cần thiết để có thể đầy đủ tính toán nhất có thể,” Millet nói về Mac Studio. Kiểm định của M1 Ultra đã chỉ ra rằng nó cạnh tranh với các chip máy tính và bộ xử lý đồ họa hàng đầu trên thị trường. Millet nói rằng một số khả năng của chip, như khả năng chạy ứng dụng trí tuệ nhân tạo, sẽ trở nên rõ ràng theo thời gian, khi các nhà phát triển chuyển giao các thư viện phần mềm cần thiết.

M1 Ultra là một phần của một sự chuyển đổi ngành công nghiệp rộng lớn hướng tới các chip modul hóa hơn. Intel đang phát triển một công nghệ cho phép các miếng silic khác nhau, được gọi là “chiplets”, được xếp chồng lên nhau để tạo ra các thiết kế tùy chỉnh không cần phải được thiết kế lại từ đầu. CEO của công ty, Pat Gelsinger, đã xác định “gói tiên tiến” này là một trong những cột mốc quan trọng của kế hoạch cứu vớt lớn. Đối thủ AMD của Intel đã sử dụng công nghệ xếp 3D từ TSMC để xây dựng một số chip máy chủ và PC cao cấp. Trong tháng này, Intel, AMD, Samsung, TSMC và ARM đã công bố một liên minh để làm việc về một tiêu chuẩn mới cho thiết kế chiplet. Theo một cách tiếp cận đột phá hơn, M1 Ultra sử dụng khái niệm chiplet để kết nối các chip đầy đủ với nhau.

Chip mới của Apple hoàn toàn về việc tăng cường công suất xử lý tổng thể. “Tùy thuộc vào cách bạn định nghĩa Định luật Moore, phương pháp này cho phép bạn tạo ra các hệ thống sử dụng nhiều transistor hơn nhiều so với cái mà có thể đặt trên một chip,” nói Jesús del Alamo, một giáo sư tại MIT nghiên cứu về các thành phần chip mới. Ông thêm rằng quan trọng khi TSMC, ở phía trước trong chế tạo chip, đang tìm kiếm cách mới để duy trì sự tăng cường hiệu suất. “Rõ ràng, ngành công nghiệp chip nhận thức rằng tiến bộ trong tương lai sẽ đến không chỉ từ Định luật Moore mà còn từ việc tạo ra các hệ thống có thể được sản xuất bằng các công nghệ khác nhau mà chưa được kết hợp,” ông nói.

“Những người khác đang thực hiện những điều tương tự, và chúng tôi nhất định thấy một xu hướng đến từ những thiết kế chiplet này hơn,” thêm Linley Gwennap, tác giả của Bản tin Vi xử lý, một bản tin ngành công nghiệp.

Sự gia tăng của chế tạo chip modul có thể giúp tăng cường hiệu suất của các thiết bị trong tương lai, nhưng cũng có thể thay đổi kinh tế của chế tạo chip. Mà không có Định luật Moore, một chip có gấp đôi transistor có thể chi phí gấp đôi. “Với chiplet, tôi vẫn có thể bán cho bạn chip cơ bản với giá, ví dụ, 300 đô la, chip gấp đôi với giá 600 đô la và chip gấp đôi siêu với giá 1.200 đô la,” nói Todd Austin, một kỹ sư điện tại Đại học Michigan. Theo cách tiếp cận này, thay vì chip trở nhanh mỗi năm với giá không đổi, chiplet có thể mang lại hiệu suất bổ sung với giá cao cấp. Austin thêm rằng phương pháp này, mặc dù vẫn mới, cũng sẽ thêm sự phức tạp mới vào thiết kế chip, điều đó cũng có thể tăng chi phí.

M1 Ultra thể hiện loại công suất mà ta thấy trong một số chip mạnh nhất trên thị trường nhờ vào sự sáng tạo trong việc áp dụng phương pháp chiplet. Điều này cũng đặt Apple vào vị thế quan trọng để đạt được ưu thế đáng kể cho các dòng Mac—giống như mà nó đã làm với iPhone suốt nhiều năm.

• 📩 Những thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
• Liệu công ty công nghệ lớn nhất của Nga có quá lớn để thất bại?
• Đây là cách cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu kết thúc
• Chúng tôi giải thích Matter, tiêu chuẩn nhà thông minh mới
• Tương lai của NFT phụ thuộc vào tòa án
• Chernobyl đã trở thành một ẩn cư cho động vật hoang dã. Sau đó, Nga xâm lược
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 💻 Nâng cấp công việc của bạn với sự lựa chọn laptop, bàn phím, phương án gõ và tai nghe chống ồn yêu thích của đội ngũ Gear chúng tôi