Đã qua rồi thời phải dựa vào việc thu nhỏ transistor để tăng hiệu suất máy tính. Giờ đây, ngành công nghiệp chip cần phải bước vào một kỷ nguyên mới, nơi các tính năng ở mức hệ thống - bao gồm cả các bộ xử lý lõi kép - đóng vai trò quan trọng chẳng kém gì các cổng transistor siêu nhỏ trước đây.

Phát biểu tại Hội thảo Fall Processor Forum, Bernie Meyerson - phó chủ tịch kiêm trưởng nhóm công nghệ của IBM cho biết: "Các transistor nhỏ hơn đã từng cho phép các nhà thiết kế chip nâng cao tốc độ clock, hỗ trợ thêm bộ nhớ cache và giảm kích thước của bộ xử lý mà không phải thay đổi nhiều tính năng". Tuy nhiên, sự ra đời của thế hệ quy trình công nghệ chế tạo 90-nanomet đã làm thay đổi chiến lược của nhiều nhà sản xuất chip. Kích thước chip hiện nay đã quá nhỏ, vì vậy chỉ một nhược điểm cấp nguyên tử trên một chip silicon cũng có thể gây ra tình trạng rò rỉ điện năng gấp 100 lần so với cấp độ bình thường. 

Ông Meyerson cho biết các thiết kế chip từ trước tới nay đều chú trọng vào các phát kiến nằm trong bộ xử lý. Nhưng trong tương lai, để tăng hiệu suất, các nhà sản xuất sẽ cần những phát kiến về thiết kế chip và cải tiến ở cấp hệ thống. Những phát kiến tương lai sẽ bao gồm các lõi xử lý kép, bộ nhớ nhúng và phần mềm hệ thống. 

Trong một năm qua, các vấn đề rò rỉ điện năng ở công nghệ sản xuất chip 90nm, cùng sự suy giảm "phong độ" trong quá trình tăng tốc độ clock bộ xử lý của đại gia Intel đang là những mối lo ngại hàng đầu đối với các nhà sản xuất bộ vi xử lý, cũng như các hãng phân tích nghiên cứu thị trường bán dẫn.

Ông Meyerson cho biết: Vào những năm 1980, các transistor CMOS đã thay thế các transistor lưỡng cực để giữ được tốc độ cải tiến bộ xử lý đúng theo định luật Moore. Hiện tại, ngành công nghiệp chip cũng nên có ''phương án B'' tương tự ngay lập tức, song có quá nhiều ý kiến khác nhau về cách thực hiện quá trình đổi mới này được hoàn tất một cách trôi chảy. 

Thiết kế lõi kép là một phương án mà ngành công nghiệp hy vọng sẽ giữ được hiệu suất chip tăng đúng tiến độ. IBM đã có một bộ xử lý lõi kép từ lần giới thiệu Power 4 vào năm 2001 và phần lớn ngành công nghiệp bán dẫn dự định sẽ tiếp tục phát triển theo dấu ấn này. Hai lõi chip đơn đều chạy chậm hơn một bộ xử lý lõi đơn, nhưng khi tích hợp thành một bộ xử lý lõi kép, chúng có thể hoạt động tốt hơn con chip lõi đơn đó mà không làm tăng mức điện năng lên đáng kể. Tuy nhiên, các nhà sản xuất chip phải tránh tình trạng nhồi càng nhiều lõi bộ xử lý lên chip càng tốt. Mọi người cứ ngỡ làm như vậy, các thiết kế đa lõi sẽ có tốc độ ngày càng nhanh hơn, nhưng trên thực tế thì không phải vậy.

Meyerson đã lấy một sản phẩm của IBM để làm ví dụ về cách cải tiến bộ xử lý. Siêu máy tính Blue Gene của IBM gần đây đã được trang bị hàng ngàn con chip chạy chậm hơn rất nhiều bộ xử lý khác, trừ một ưu điểm về kỹ thuật ở cấp hệ thống để cho phép nâng cao hiệu suất các bộ xử lý.

Máy tính Blue Gene được thiết kế cho Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livemore gần đây đã đạt được tốc độ tính toán chuẩn Linpack là 36,01 teraflops (36 ngàn tỷ điểm hoạt động/giây), giành lại được vị trí siêu máy tính nhanh nhất thế giới trước đây của mình. Tuy nhiên, điều thú vị nhất là Blue Gene đã đạt được hiệu suất trên với một hệ thống chỉ có kích thước bằng 1/100 kích thước của siêu máy tính Earth Simulator vô địch trước đó, và chỉ tiêu thụ lượng điện năng bằng... 1/28.

Các transistor sẽ tiếp tục bị thu nhỏ kích thước. IBM, Intel và các công ty chip khác vẫn quyết tâm đưa ra những thế hệ công nghệ sản xuất chip có độ chính xác cao hơn (nhằm thu nhỏ kích thước chi tiết) theo chu kỳ hai-ba năm một lần. Tuy nhiên, những đổi mới trong sản xuất chip gần đây như công nghệ silicon ép và công nghệ cách điện trên silicon đang ngày càng giữ vai trò quan trọng.

Các công ty chip như Advanced Micro Devices, Sun Microsystems, và Transmeta sẽ thảo luận một số vấn đề nhằm tăng hiệu suất bộ xử lý trong thời gian hai ngày còn lại của Hội nghị Fall Processor Forum, do hãng nghiên cứu thị trường In-Stat/MDR tài trợ.

Phương Thuý (Theo PC World)