S&T: CPU - GPU - APU - Não Điện Tử

Thân chào các Bê (*),

Trước hết xin nói sơ về máy điện tính. Máy điện tính nào thì cũng có bộ phận điện tử chuyên về việc tính toán khi được cung cấp dữ kiện (data). Bộ phận này được gọi là processor/xử lý (hay microprocessor/vi xử lý) hay nôm na là "bộ não". Tốc độ xử lý càng cao thì bộ não được cho là càng "mạnh" (ở đây xin không nói tới kích cở của bộ não: càng nhỏ mà vẫn nhanh là xu hướng mà các hãng sản xuất muốn đạt được để cạnh tranh; xin xem thêm ở phụ chú F).
Kỹ nghệ sản xuất processors đã và đang qua nhiều giai đoạn: từ bộ não đơn (CPU chỉ có một lõi; single core) tới não đôi (dual core CPU) rồi càng ngày càng nhiều lõi (512 hoặc hơn core CPU). Bộ não cũng được kể là mạnh hơn với nhiều lõi vì nhiều lõi thì tốc độ xử lý tăng theo số lõi. Một minh hoạ đơn giản là lõi trong CPU vì tính tổng quát nên làm rất nhiều chuyện giống như một cái máy có thể cưa, đục, xẻ ván, đóng đinh, cắt cạnh, vân vân. Đương nhiên là vì đa dụng nên thiết kế phức tạp và giá thành mắc hơn mà thường thì không dùng đến tối đa khả năng của nó nên, nói chung là, phí phạm.

Lõi Chuyên Dụng

Song song với việc sản xuất CPU với nhiều lõi thì nhà sản xuất cũng chuyển sang phát triển CPU với lõi "chuyên dụng". Vì chuyên dụng nên chỉ làm được một số việc và giá thành mỗi lõi rẻ hơn. Một thí dụ của CPU với lõi chuyên dụng là bộ não nằm trong những thẻ có bộ não chuyên về xử lý hình ảnh (Graphical Processing Unit card; GPU card) mà các "game thủ" mua gắn vào máy tính để chơi games. Chỉ những ứng dụng như video games mới cần máy tính có GPU card để thiết định màn hình video nhanh và độ hình (video resolution) cao. Minh họa thì GPU với lõi chuyên dụng giống như máy chỉ biết đóng đinh chứ không cưa, xẻ, đục được.

Xin Bê vào phụ chú E mà xem một minh hoạ so sánh CPU vs GPU mà điểm chính là:

1. Nếu công việc mà lõi trong GPU có thể làm được thì GPU sẽ làm nhanh hơn vì có cả ngàn lõi cùng làm việc song song.
2. Nếu cần máy vi tính có thể làm nhiều việc phức tạp khác nhau ở những thời diểm khác nhau thì cần CPU với một số lõi tổng quát và nhanh (4, 8, 16, 32, 64 lõi ...)
3. Hai điều trên kéo theo ý tưởng là máy tính cần cả CPU và GPU (nếu tính những bài tính chuyên dụng).

GPU khởi đầu là thiết kế với bộ não có thật nhiều lõi (cả ngàn lõi) nhưng những lõi này được xử dụng để tính những bài tính nhất định (chuyên dụng) như tính ra thông số của từng điểm cho một bức hình trên màn hình (computer screen). Vì mỗi lõi chỉ tính vài điểm trong một tổng thể màn hình nên cả một màn hình được cả ngàn lõi tính (render) trong thời gian của một lõi tính ra vài điểm (phụ chú E là video minh họa khái niệm nhiều lõi cùng hoạt động song song để vẽ nguyên bức tranh).
CPU với nhiều lõi vẫn còn khá mắc thì GPU với cả ngàn lõi sẽ mắc cả ngàn lần hơn? Đúng nhưng không hẳn là vậy vì lõi trong GPU là lõi chuyên dụng (không làm được nhiều việc như lõi tổng quát--general core--trong CPU) nên có phần rẻ hơn lõi tổng quát. Nói vậy nhưng một cái GPU card của nVidia cũng là khoảng $8,000 USD trở lên cho máy chủ (server) trong phòng thí nghiệm. GPU card cho máy tính nhà (desktop) mà các game thủ dùng thì cũng là bạc ngàn rồi. Tuy nhiên giá thành ngày càng xuống nên người tiêu thụ phải kiên nhẫn... chờ đồ seo (on sale).

Đó là khởi đầu của GPU, sau này khái niệm dùng lõi của GPU để đỡ gánh nặng cho lõi của CPU lan rộng ra những ứng dụng xử lý khác. Chẳng hạn như dùng GPU để xử lý dữ kiện trong trí khôn nhân tạo (Artificial Intelligence; AI). Như Bê biết đó, AI dùng rất nhiều dữ kiện (big data) và điều kiện để tìm ra lời đề nghị (suggestions) hay lời giải (solutions) cho vấn đề nào đó nên dùng GPU là rất hợp lý (nhanh vì dùng cả ngàn lõi song song cho những tính toán lập đi lập lại).

Và không ngạc nhiên là chuyên gia điện tử nhanh chóng đưa ra nhận định là máy tính cần cả CPU và GPU. CPU vẫn là người nhạc trưởng quan trọng và có khả năng giải quyết mọi việc kể cả những "chuyện nhỏ" mà CPU biết là GPU sẽ làm tốt hơn (khi đó CPU đẩy những việc làm đơn giản nhưng quá nhiều này cho GPU làm--như một thứ "outsourcing" trong máy vi tính).
APU (Accelerated Processing Unit) ra đời để chỉ những máy điện tính mới có cả CPU và GPU từ trứng nước (Bảng vi tính--computer motherboard--được thiết kế với CPU và GPU, có nghiã là người dùng không phải mua thêm GPU card mà gắn vào máy). Cái hay của máy có APU là cả CPU và GPU đều có sẵn; nhưng cái... không hay lắm là người dùng không đổi GPU card được (dễ dàng).

Kết 

Thật tình mà nói thì đa số người tiêu thụ không cần máy tính quá mạnh. Khi mua máy tính thì việc đầu tiên có lẽ là tự hỏi mình sẽ làm gì với máy tính mà từ đó xác định là mua máy gì. Việc mình muốn làm có thể làm trên điện thoại thông minh hay không? Máy tính có thể "phóng" ra màn hình lớn được không? Nếu được thì mua máy có màn hình nhỏ nhưng high resolution là được vì khi cần có màn hình lớn thì mình phóng ra màn hình lớn.

Chúc các Bê một cuối tuần vui vẻ bên gia đình và người thân.
Thân,

Chú thích:
(*) Bê là Bê 60: Từ chữ tắt B60 (Beyond 60 years young) để chỉ các bác trên 60 tuổi trẻ. Tuổi Bê thì chắc là đã có "chơi" máy tính điện tử trước đây; bây giờ lũ trẻ "chê" máy tính để bàn mà chỉ chuộng laptops, tablets và điện thoại thông minh nên Bê cũng muốn "đua" với chúng, phải không?

Phụ chú:
A. Blogs Đã Viết--Theo Đề Tài
B. MTE Explains: The Difference Between a CPU and a GPU
C. What is the difference between APU & CPU?
D. What Is the Difference Between an APU, a CPU, and a GPU? 
E. Mythbusters Demo GPU versus CPU
F. 5 nanometer