Olly Curtis/PC Gamer Magazine/Future via Getty Images
Revoluția procesoarelor. De la x86 și ARM la cipuri pentru AI27 min read
Procesoarele pe arhitectura ARM domină piața portabilelor și, mai nou, câștigă teren și pe cea a laptopurilor care rulează Windows. Acest lucru începe să fie îngrijorător pentru producătorii de procesoare pe arhitectura x86, dar ei sunt mai preocupați de industria inteligenței artificiale.
Unitatea centrală de prelucrare (CPU) sau procesorul e creierul unei mașinării, fie ea PC, laptop, telefon sau tabletă. Fără CPU, aceste dispozitive nu ar putea funcționa. Procesorul este format dintr-o multitudine de tranzistori care comunică mesaje de 1 și 0, respectiv deschis și închis. În prezent, există două tipuri majore de procesoare care, până de curând, erau folosite pentru două categorii diferite de dispozitive.
Procesoarele clasice, pe arhitectură x86, le găsești pe PC-uri și majoritatea laptopurilor, în timp ce cipurile de pe telefoane, tablete sau, mai nou, unele laptopuri, sunt construite pe arhitectură ARM. Cele din urmă au devenit și mai populare după ce companii precum Apple au început să le folosească pe computerele lor.
Principalele diferențe dintre cele două arhitecturi de procesoare sunt reprezentate de consum, performanță și modul în care ele comunică cu restul componentelor. Evoluțiile tehnologice din ultimii ani – în special, dezvoltarea inteligenței artificiale – au schimbat însă o piață în care lucrurile păreau destul de așezate.
Ryzen AI 300. Advanced Micro Devices
Procesoarele x86
Procesorul este creierul unei mașinării, dar un dispozitiv nu poate funcționa doar cu acest creier. El trebuie să fie instalat pe o placă de bază, care să aibă și memorii RAM, o placă video dedicată (sau integrată) și dispozitive de stocare. Procesorul trebuie să comunice cu aceste componente, iar pentru asta cipurile pe arhitectura x86 sunt bazate pe calcule cu un set complex de instrucțiuni, // Complex Instruction Set Computer //
Acest mod de a comunica cu componentele se bazează pe instrucțiuni date cu lux de amănunte, ceea ce înseamnă că CISC favorizează performanța maximă a dispozitivului, dar neglijează eficiența energetică. În plus, toate componentele trebuie să funcționeze în parametri optimi, care necesită un anumit nivel de energie și o anumită temperatură.
Simplul fapt că există mai multe componente afectează și mai tare eficiența dispozitivului. Dacă adaugi modul ineficient al procesorului de a comunica cu restul componentelor, obții o autonomie mai scăzută a bateriei la laptopuri, respectiv o factură mai mare la curent, la desktopuri.
Pe de altă parte, dispozitivele care funcționează cu procesoare x86, mai ales desktopurile, sunt foarte ușor de modificat. Le poți repara sau îmbunătăți fără prea mari dureri de cap. Chiar și majoritatea laptopurilor pot fi deschise ușor pentru a le schimba memoriile RAM sau hard diskurile.
Cei mai cunoscuți producători de procesoare pe această arhitectură sunt Intel și AMD. În momentul de față, cei din urmă par a fi în frunte. Ei au încercat să rezolve unele probleme pe care arhitectura clasică le are prin lansarea seriei de procesoare Ryzen AI 300, în octombrie 2024, // Mai multe comparații între cele două serii de procesoare pe pcworld.com // seria //„AMD’s next generation of AI laptop processors have a new name, too” , theverge.com //
Cei doi producători clasici de procesoare au decis chiar să colaboreze pentru a produce un procesor mult mai bun. // „Intel, AMD team up to confront rising challenge from Arm”, reuters.com // motivul care i-a unit pe cei doi rivali, Intel și AMD, este salvarea arhitecturii x86. În cadrul unui grup de consultanță, cele două companii vor discuta modalități prin care procesoarele X86 să devină mai consistente și compatibile cu diverse tipuri de utilizări, precum dispozitivele cu capabilități AI integrate. Nu este însă clar cum se vor numi sau unde și cum vor fi produse noile cipuri care au misiunea de a salva arhitectura inventată de către Intel acum aproape 50 de ani.
Dimensity 9300. MediaTek
Procesoarele ARM
Arm Holdings este o companie britanică care a dezvoltat arhitectura Advanced RISC Machine (ARM), un tip de procesor bazat pe calcule cu set de instrucțiuni redus // Reduced Instruction Set Computers. // Prin folosirea unui set de instrucțiuni simplificat, este favorizată eficiența și se reduce consumul de energie. Acest design este creat pentru a excela în sarcini rapide și repetitive, fiind perfect pentru dispozitivele mobile, cum sunt telefoanele și tabletele.
Cipurile ARM sunt frecvent integrate în așa-numitele System on a Chip (SoC). În acest caz, toate componentele esențiale, cum ar fi procesorul, unitatea de procesare grafică (GPU), memoria RAM și controlerele de rețea, se află pe același cip, ceea ce reduce dimensiunile și sporește eficiența energetică.
În trecut, principala problemă a cipurilor ARM era performanța scăzută, mai ales când le comparai cu procesoarele x86. În timp, asta s-a schimbat, iar în prezent există și laptopuri sau desktopuri echipate cu acest tip de cip. În ultimii ani, de exemplu, Apple a făcut tranziția de la procesoare x86 la arhitectura ARM pentru întreaga gamă de laptopuri Mac.
Dezavantajul este că această arhitectură nu permite îmbunătățiri sau reparații dacă una dintre componente se strică. Asta nu este așa de grav când acest tip de cip este pus doar pe telefoane sau tablete, dar devine mai complicat cu utilizarea acestora pe dispozitive precum laptopuri sau desktopuri, unde nu mai poți upgrada memoria RAM.
Spre deosebire de Intel și AMD, Arm Holdings nu produce cipuri pentru consumatori. În schimb, ei vând licențe către producători, ceea ce a dus la o diversificare a acestora. Cele mai cunoscute companii care fabrică cipuri pe arhitectura ARM sunt Qualcomm, Apple, Mediatek, Google, Samsung și Huawei. Primele două sunt cele care dezvoltă, în momentul de față, cipuri care sunt puse și pe laptopuri și desktopuri.
M1 Ultra. Apple
Apariția Apple Silicon a schimbat regulile
Decizia celor de la Apple de a încheia lunga lor relație cu Intel în 2020 și de a proiecta propriile procesoare, Apple Silicon, pe baza ARM a zguduit piața. Noile procesoare de pe Mac-uri sunt puternice, eficiente și se integrează perfect cu ideea producătorului de a oferi un laptop ușor, pe care să-l iei oriunde cu tine. Primele MacBook-uri cu Apple Silicon au folosit procesoarele M1, care concurau la performanță cu cele mai scumpe laptopuri cu configurații x86, iar în unele scenarii chiar le întreceau.
Până și varianta Air din 2020 cu cip M1 reușea performanțe bune în raport cu prețul, lucru pe care nu-l așteptai neapărat de la un produs Apple entry level. M1 era mai rapid decât un Intel i7 11700k și putea să concureze cu vârful de gamă al Intel de atunci, adică i9 11900K, care costa 600 de dolari. Cum MacBook Air era un laptop de 1.000 de dolari, // „Apple M1 chip just smashed Intel 11th-gen Core i7 in new benchmarks”, tomsguide.com // diferența era evidentă.
Lansarea Apple Silicon a avut un efect clar asupra producătorilor de procesoare. Qualcomm a lansat procesorul Snapdragon X Elite, care aduce arhitectura ARM pe laptopurile cu Windows și se laudă cu o performanță bună și o autonomie a bateriei de peste 24 de ore, pe dispozitive precum Microsoft Surface 7.
Problema pe care o are în momentul de față cipul produs de Qualcomm este legată chiar de sistemul de operare, pentru că multe din programele de pe Windows nu sunt făcute să ruleze pe această arhitectură și e nevoie să folosești un emulator. O situație similară s-a întâmplat cu laptopurile pe bază de Apple Silicon, care au nevoie de Rosetta, un soft care traduce programele codate în x86 în instrucțiuni pentru ARM și permite, astfel, rularea acestora. Însă nu toate aplicațiile pot fi rulate prin astfel de softuri de compatibilitate.
Producătorul de cipuri care ține piept cu brio noilor SoC-uri care rulează pe Windows este AMD. Din seria de procesoare Ryzen AI 300, versiunea AMD Ryzen AI 9 HX 370 concurează strâns cu Snapdragon X Elite de la Qualcomm. În unele teste sintetice performanța este superioară, iar procesorul de la AMD excelează în gaming și sarcini care implică inteligența artificială. În schimb, autonomia bateriei este, în medie, la jumătate față de cea oferită de laptopurile cu procesoare Qualcomm, lucru care pare chiar decent pentru un procesor bazat pe arhitectura x86, // „AMD Ryzen AI 300 vs Qualcomm Snapdragon X chips”, techfinitive.com //
Pat Gelsinger, CEO Intel, prezentând acceleratorul AI Gaudi 3. Intel
Intel, în cădere liberă?
Problema pe care o are Intel nu este doar că Apple a încheiat parteneriatul cu ei și a ales să își producă propriile cipuri. Compania a uitat să inoveze și s-a bazat pe poziția sa de lider mondial. Practic, s-a abătut de la principiul fondatorului său, Gordon Moore, care propunea dublarea performanței și reducerea costului de fabricare din doi în doi ani.
Acest lucru a devenit mai greu de realizat pentru companii odată cu atingerea unor dimensiuni foarte mici ale tranzistorilor, deoarece nu poți micșora tranzistorii fără a investi sume mari în cercetare și inovare.
O altă lovitură puternică pe piața de cipuri x86 o reprezintă problemele pe care le au procesoarele din tabăra albastră (Intel). De exemplu, procesoarele din generațiile a 13-a și a 14-a, care consumă mai mult de 65W, nu pot funcționa la capacitate maximă fără să dea erori și în final crash.
Problema este voltajul prea mare pe care îl primește CPU-ul, ceea ce necesită o limitare manuală — iar asta duce, evident, la o performanță mai scăzută. Totuși, se pare că nu este singura problemă; mai multe procesoare din generațiile menționate anterior prezintă semne de oxidare. Cu toate astea, // theverge.com , „There is no fix for Intel’s crashing 13th and 14th Gen CPUs — any damage is permanent” // că nu vor înlocui procesoarele care au astfel de defecte. O atitudine care a pătat imaginea companiei, într-un moment în care rivalii din tabăra adversă oferă alternative mai bune din punct de vedere al raportului calitate-preț.
SUA a oferit Intel fonduri pentru a dezvolta fabrici de semiconductori pe teritoriul țării. // „Intel clinches nearly $20 billion in awards from Biden to boost US chip output”, reuters.com // producătorul de cipuri a primit 8,5 miliarde de dolari și un împrumut de peste 11 miliarde de dolari pentru a construi o fabrică de semiconductori în Arizona. De asemenea, Intel a investit peste 30 de miliarde de dolari pentru a construi o fabrică în orașul Magdeburg din Germania, și încă 5 miliarde pentru o fabrică în Polonia, lângă Wrocław. Din păcate, aceste proiecte de pe teritoriul Europei au fost amânate de către gigantul american din cauza situației financiare dificile în care se află, // „The EU’s chips plan implodes as Intel pauses investments”, politico.eu //
// „Exclusive: How Intel lost the Sony PlayStation business”, reuters.com // a arătat încercarea celor de la Intel de a reveni pe piață. Compania a discutat cu Sony, client fidel AMD, pentru a produce cipurile pentru următoarea generație de PlayStation, dar japonezii au refuzat oferta, pentru că au vrut să păstreze compatibilitatea titlurilor de pe consolele anterioare pe noua consolă. Așadar, Intel rămâne cu ochii în soare și se uită la rivalii săi din tabăra roșie, care au parteneriate cu companii precum Google, Microsoft și Sony.
Toate problemele de la Intel nu au o rezolvare clară, însă nu este exclus ca fondatorul procesorului x86 să dispără cu totul. // theverge.com „ Qualcomm wants to buy Intel ” //, Qualcomm este interesată să cumpere Intel, însă nu este clar dacă, după achiziție, aceștia vor renunța complet la fabricarea procesoarelor x86 și vor folosi întreaga capacitate de producție a Intel pentru a concura cu Apple în cursa de a scoate cel mai performant procesor ARM.
O altă problemă e că Intel nu s-a implicat în alte proiecte în afară de vânzarea de procesoare – abia în 2021 au început să producă și procesoare grafice, pe o piață saturată deja de Nvidia și AMD, care au ani de experiență în domeniu.
În ciuda monopolului clar pe care l-a avut pe piața cipurilor, Intel nu și-a folosit profiturile mari pentru a dezvolta alte proiecte, cum ar fi plăcile video sau inteligența artificială, care ar fi putut să-u diversifice sursele de venit În timpul ăsta, AMD au achiziționat compania ATI în 2006 pentru a se extinde pe piața plăcilor video, chiar dacă nu aveau profituri la fel de mari. Colaborarea dintre AMD și Intel ar putea preveni cumpărarea celor din urmă de către Qualcomm, numai ca aceștia să ajungă, potențial, să fiefie înghițiți de vechiul lor rival.
H100 SXM. NVIDIA
Nvidia și cursa pentru cel mai bun cip AI
În prezent, Nvidia este cea mai mare companie de cipuri din America, titlu pe care l-a luat de la Intel în 2022, după o perioadă în care au știut să exploateze interesele pieței. De exemplu, în 2020, când minatul de criptomonede era pe val și prețurile plăcilor video au explodat, aceștia au oferit minerilor o serie de procesoare grafice, //„A Crypto Mining GPU for Professionals” nvidia.com //, făcute special pentru minat. În același timp, au limitat capacitatea de minare a plăcilor destinate consumatorilor de rând.
Nvidia este și compania care a profitat cel mai mult de dezvoltarea inteligenței artificiale, gigantul tech contribuind activ la cercetarea din acest segment de piață încă de la început. De exemplu, OpenAI a antrenat ChatGPT folosind plăci vdeo Nvidia, care se află acum în topul companiilor de tech, alături de Microsoft și Apple, datorită vânzătorilor masive ale acceleratorului grafic H100.
Un lucru interesant este că tot mai multe companii își schimbă obiectivele inițiale pentru a se concentra pe inteligența artificială. Spre exemplu, // Afla mai multe pe intel.com // pentru a concura cu H100 de la Nvidia, susținând că este cu 50% mai capabil în antrenarea modelelor precum Llama2, la un preț mult mai scăzut.
Pe de altă parte, // „AMD is turning its back on flagship gaming GPUs to chase AI first”, theverge.com //, AMD se concentrează mai mult pe dezvoltarea unui accelerator AI foarte capabil, cum sunt cele din seria // Mai multe detalii pe amd.com // decât pe misiunea lor de a crea cea mai bună placă video pentru consumatorii de rând. Și nu sunt singurii care iau o pauză de la scopurile lor obișnuite în detrimentul pieței AI. //„Exclusive: AI chip demand forces Huawei to slow smartphone production”, reuters.com // chinezii de la Huawei au fost nevoiți să se focuseze mai serios pe cipurile AI din cauza cererii foarte mari de pe piață.
Recent, compania ByteDance, cea care deține aplicația TikTok, plănuiește să antreneze noi modele de inteligență artificială folosindu-se de echipamente de la Huawei. Deși nimic nu este confirmat oficial, ByteDance este cel mai mare cumpărător de cipuri de la Huawei și se numără printre clienții Nvidia. Anul trecut, compania chineză a achiziționat cipuri H20, o variantă special concepută pentru companiile din China, în valoare de 2 miliarde de dolari.
Cel mai probabil, ByteDance face pasul pe care multe companii din America l-au făcut deja, dar în loc să-și proiecteze singură procesoarele, colaborează cu Huawei. Până în prezent, nici ByteDance, nici Huawei nu au confirmat public acest parteneriat, // „Exclusive: ByteDance plans new AI model trained with Huawei chips, sources say”, reuters.com //
