Nvidia phát triển chip PC trên Arm, mang khả năng tăng tốc mức độ cao

Nvidia và AMD cạnh tranh với Qualcomm để phát triển chip PC

Qualcomm hiện đang là nhà cung cấp độc quyển chip Arm cho PC chạy hệ điều hành Windows trong vài năm trở lại đây. Thị trường này sắp trở nên cạnh tranh hơn với sự xuất hiện của Nvidia và AMD theo báo cáo mới nhất hiện nay, cả hai công ty tên tuổi đã sẵn sàng tham gia vào nhóm sản xuất chip Arm cho PC. 

Theo Reuters, cả AMD và Nvidia đều đang thiết kế bộ xử lý dựa trên Arm cho PC, theo đó chip của Nvidia sẽ chạy Windows. Qualcomm đang độc quyền cung cấp chipset cho máy tính Windows ARM. Nhưng Reuters lại báo cáo rằng thỏa thuận này sẽ kết thúc vào năm 2024, AMD và Nvidia có thể sẽ cùng bán chip sắp ra mắt của họ ngay sau năm 2025.

Microsoft đang khuyến khích AMD và Nvidia cung cấp các tính năng AI nâng cao. Ngoài ra, với sự tham gia của AMD và Nvidia, các chipset dựa trên Arm sẽ cung cấp một số tính năng tập trung vào chơi game như phần cứng đồ họa dành cho PC và công nghệ nâng cấp hình ảnh.

Một công nghệ có thể sẽ thiếu trên con chip của 2 nhà sản xuất mới là kết nối 5G bởi AMD và Nvidia có hướng tiếp cận chậm hơn so với Qualcomm trong lĩnh vực kết nối di động. Trước đó, Nvidia cũng đã có công bố hợp tác với MediaTek vào đầu năm nay trong lĩnh vực ô tô. Nhưng Nvidia có thể tận dụng thỏa thuận này để tích hợp modem 5G vào trong bộ xử lý PC của mình.

Qualcomm đã có hàng chục năm phát triển các phiên bản vi xử lý cho PC dựa trên Arm, bắt đầu với Windows RT vào những năm 2010. Tuy nhiên, Qualcomm đã công bố một con chip PC có khả năng chạy phiên bản Windows đầy đủ vào năm 2017.

Ưu điểm của các con chip cho PC

Chip Snapdragon cho PC là cung cấp thời lượng pin dài, nhiều tùy chọn kết nối Wifi, LTE nhưng lại thiếu sức mạnh. Sau khi Apple ra mắt Silicon M1 dựa trên Arm cho các máy tính Mac, lời chỉ trích nhắm vào Qualcomm càng nhiều hơn do chip Silicon M1 của Apple hoạt động tốt hơn đáng kể.

Nvidia phát triển chip PC trên Arm, mang khả năng tăng tốc mức độ cao

Sau sáu tháng khi Nvidia tuyên bố mua lại Arm, họ đã tiết lộ các bộ vi xử lý và quan hệ đối tác mới để tăng tốc các nền tảng sử dụng CPU dựa trên Arm từ Amazon Web Services, Ampere Computing, MediaTek và Marvell.

Arm đã nhận được một loạt các tiến bộ từ Nvidia tại GTC lần này.

Nvidia đã bắt tay vào việc với các nhà cung cấp phần cứng, phần mềm và dịch vụ dựa trên Arm, cho thấy tiềm năng của các nền tảng và ứng dụng được tăng tốc, tiết kiệm năng lượng trên cả client, đám mây, HPC và điện toán biên.

Nvidia cũng đã công bố ba bộ vi xử lý mới được xây dựng xung quanh ARM IP, bao gồm "Grace", CPU trung tâm dữ liệu đầu tiên của hãng, đưa AI, Cloud và HPC lên một tầm cao mới.

Bộ xử lý Dữ liệu BlueField-3 (DPU) mới có nhiều lõi ARM hơn, mở ra cánh cửa cho các ứng dụng mới mạnh mẽ hơn trong mạng trung tâm dữ liệu.

Và Nvidia Drive Atlan trở thành bộ xử lý đầu tiên của công ty dành cho xe tự vận hành đóng gói DPU hỗ trợ ARM, cho thấy tiềm năng về mạng hiệu suất cao trong các mẫu xe năm 2025 của các nhà sản xuất ô tô.

Tầm nhìn của Nvidia về những gì có thể xảy ra

Trong bài phát biểu GTC của mình, Giám đốc điều hành Nvidia Jensen Huang đã chia sẻ tầm nhìn của mình về AI, HPC, khoa học dữ liệu, đồ họa... Ông cũng tái khẳng định cam kết mở rộng hệ sinh thái ARM như một phần của thỏa thuận mua lại ARM mà Nvidia công bố vào tháng 9 năm 2020.

Trên con đường biến tầm nhìn đó thành hiện thực, Nvidia đã mô trả một loạt nỗ lực để tăng tốc CPU từ bốn đối tác chính của ARM với GPU Nvidia, DPU và phần mềm, nâng cao ứng dụng từ các nhà phát triển ARM.

GPU tăng tốc các Graviton2 instance trên AWS

Trên Cloud, Nvidia thông báo sẽ cung cấp khả năng tăng tốc GPU cho Amazon Web Services Graviton2, bộ xử lý dựa trên ARM của nhà cung cấp dịch vụ đám mây. Các Graviton2 instance được tăng tốc sẽ cung cấp trải nghiệm phát trực tuyến trò chơi phong phú và giảm chi phí cho khả năng suy luận mạnh mẽ của AI.

Trong lĩnh vực điện toán hiệu suất cao, Bộ công cụ dành cho nhà phát triển Nvidia Arm HPC mới cung cấp nền tảng hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng cho các siêu máy tính kết hợp Altra của Ampere Computing - một CPU có 80 lõi ARM chạy tối đa 3,3 GHz với GPU và DPU Nvidia mới nhất.

Bộ phát triển chạy một trình biên dịch Nvidia, thư viện và công cụ cho AI và HPC để các nhà phát triển có thể tăng tốc các hệ thống dựa trên ARM cho khoa học và máy tính kỹ thuật. Các nhà nghiên cứu hàng đầu bao gồm Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và Los Alamos ở Mỹ cũng như các phòng thí nghiệm quốc gia ở Hàn Quốc và Đài Loan sẽ là những người sử dụng đầu tiên.

Thúc đẩy khách hàng, các nền tảng điện toán biên

Đối với PC, Nvidia đang làm việc với MediaTek, nhà cung cấp chip điện thoại thông minh lớn nhất trên thế giới, để tạo ra một loại máy tính xách tay mới được hỗ trợ bởi CPU dựa trên ARM cùng với GPU Nvidia RTX.

Máy tính xách tay sẽ sử dụng lõi ARM và đồ họa Nvidia để cung cấp cho người tiêu dùng các thiết bị di động tiết kiệm năng lượng với khả năng truyền thông không ảnh hưởng dựa trên nền tảng tham chiếu hỗ trợ Chromium, Linux và Nvidia SDK.

Và trong lĩnh vực điện toán biên, Nvidia đang hợp tác với Marvell Semiconductor để kết hợp các bộ vi xử lý dựa trên OCTEOM ARM của mình với GPU của Nvidia. Họ sẽ cùng nhau tăng tốc khối lượng công việc AI để tối ưu hóa và bảo mật mạng.

Hệ thống AI hàng đầu tham gia vào nền tảng ARM

Hai siêu máy tính AI mạnh mẽ sẽ vận hành vào năm tới.

Trung tâm Siêu máy tính Quốc gia Thụy Sĩ đang xây dựng một hệ thống với 20 exaflop hiệu suất AI. Và tại Mỹ, phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos sẽ bật một siêu máy tính AI mới cho các nhà nghiên cứu của mình.

Cả hai sẽ được cung cấp sức mạnh bởi CPU trung tâm dữ liệu đầu tiên của Nvidia, "Grace", một bộ xử lý dựa trên ARM sẽ mang hiệu suất gấp 10 lần so với các máy chủ nhanh nhất hiện nay trên các khối lượng công việc phức tạp nhất của AI và HPC.

Được đặt theo tên nhà khoa học máy tính tiên phong Grace Hopper, CPU này có hệ thống truyền dẫn cần thiết cho kỷ nguyên của AI theo hướng dữ liệu. Nó có các kết nối thông suốt chạy ở tốc độ 900 GB/s với GPU Nvidia, nhờ vào NVLink thế hệ thứ tư - với băng thông gấp 14 lần so với các máy chủ hiện nay.

Thêm nhiều lõi ARM cho Network

Nvidia Mellanox đang giảm hơn gấp đôi khoản đầu tư vào ARM. BlueField-3 DPU được công bố hôm đóng gói các liên kết 400-Gbps và gấp 5 lần sức mạnh tính toán của ARM của DPU hiện tại, BlueField-2 có sẵn. 

Phép toán đơn giản cho thấy lý do tại sao việc tăng tốc trên ARM lại có ý nghĩa: One BlueField-3 DPU cung cấp các dịch vụ trung tâm dữ liệu tương đương có thể tiêu thụ tới 300 lõi CPU x86.

Tiến bộ này mang đến cho các nhà phát triển ARM một loại cơ hội mở rộng để xây dựng mạng trung tâm dữ liệu nhanh, hiệu quả và thông minh.

Hiện nay, DPU giảm tải các nhiệm vụ liên lạc, lưu trữ, bảo mật và quản lý hệ thống. Điều đó cho phép các lớp hệ thống hoàn toàn mới như siêu máy tính gốc đám mây Nvidia đã được công bố.

Arm sau khi được trung tâm nền tảng Nvidia hỗ trợ

Các lõi ARM sẽ ra mắt trong các phương tiện tự vận hành được AI hỗ trợ thế hệ tiếp theo với trung tâm là nền tảng Nvidia Drive Atlan, bước nhảy vọt tiếp theo trong lộ trình của Nvidia.

Drive Atlan sẽ tạo ra một cú đấm mạnh mẽ, tạo ra hơn 1.000 tỷ hoạt động mỗi giây. Atlan đánh dấu lần đầu tiên nền tảng cho các nhà phát triển ARM tạo ra các ứng dụng sáng tạo trong bảo mật, lưu trữ, mạng.

Việc mở rộng sản phẩm và quan hệ đối tác

Việc mở rộng các sản phẩm và quan hệ đối tác đánh dấu sự tiến bộ trong ý định của Nvidia đã được công bố nhằm mang đến cho hệ sinh thái ARM bốn bộ tăng tốc:

- Nvidia AI - Tiêu chuẩn công nghiệp để tăng tốc đào tạo và suy luận về AI

- RAPIDS - một bộ thư viện phần mềm mã nguồn mở được Nvidia duy trì để chạy khoa học dữ liệu và phân tích trên GPU

- Nvidia HPC SDK - trình biên dịch, thư viện và công cụ phần mềm để tính toán hiệu suất cao

- Nvidia RTX - trình điều khiển đồ họa cung cấp khả năng dò tia và AI

Ngày ra mắt CPU Nvidia

ARM được cho là đều đang phát triển ở AMD và Nvidia, được thiết kế để chạy Windows và có thể sẽ được tung ra thị trường trong vòng 2 năm.

Trong một vài năm tới, bộ vi xử lý tiếp theo mà bạn mua có thể là CPU Nvidia, nếu những tin đồn gần đây là đúng sự thật. Có vẻ như Nvidia đang chọn phát triển bộ xử lý dựa trên ARM thay vì cạnh tranh với Intel và AMD trong cuộc đua giành vị trí thống trị x86.

Khi Nvidia đang tận hưởng sự thống trị trên thị trường card đồ họa, thì việc mạo hiểm thâm nhập vào không gian bộ xử lý ARM dành cho người tiêu dùng cũng có thể mang lại kết quả tương tự. Tuy nhiên nó có thể sẽ không một mình theo đuổi, mà AMD còn được cho là cũng đang để mắt tới.

Hiện tại Nvidia đang hợp tác với Arm Holdings để sản xuất thiết kế bộ xử lý bằng cách sử dụng bộ hướng dẫn cho hệ điều hành Windows. Hiện tại, Nvidia đang hợp tác với Arm Holdings để làm việc đó. Và AMD cũng tuyên bố rằng họ đang phát triển CPU ARM của riêng mình, nhưng không rõ rằng công ty này có hợp tác với Arm Holdings để phát triển hay không. Dù sao chúng ta cũng không nên mong đợi thấy những bộ xử lý này xuất hiện trên thị trường trước năm 2025, một phần cũng là do thỏa thuận độc quyền mà Microsoft đã ký với Qualcomm.