Ngày 25 tháng 8, Apple (AAPL) bất ngờ ra mắt Mac Mini dùng chip M6 và Mac Studio dùng chip M5 Ultra mà không có sự kiện rầm rộ nào báo trước. M6 là chip đầu tiên của Apple sản xuất trên tiến trình 2 nanomet, còn M5 Ultra sở hữu tới 36 lõi CPU, 80 lõi GPU và băng thông bộ nhớ hợp nhất lên đến 1,2 TB mỗi giây. Điểm đáng chú ý là M5 Ultra không phải chip liền khối ngay từ đầu, mà được ghép từ hai chip M5 Max bằng công nghệ UltraFusion để hệ điều hành và phần mềm nhận diện như một khối xử lý duy nhất. Vậy cơ chế này hoạt động thế nào để máy tính không bị tách thành hai khối xử lý riêng biệt?

Một tấm đế silicon làm cầu nối

Về bản chất, UltraFusion là một tấm interposer silicon, tức một lớp đế trung gian được khắc mạch, đặt bên dưới hai die M5 Max và nối chúng bằng hơn 10.000 đường tín hiệu chạy song song. Con số này lớn gấp hàng chục lần số chân kết nối mà một con chip thông thường dùng để giao tiếp với bo mạch chủ. Toàn bộ cụm hai die cộng interposer được đóng gói bằng kỹ thuật CoWoS-S của TSMC, vốn thường dùng cho chip trung tâm dữ liệu, cho phép khoảng cách vật lý giữa hai die chỉ còn vài milimet thay vì phải đi vòng qua bo mạch in.

Vì sao khoảng cách vài milimet lại quan trọng đến vậy

Băng thông của một đường truyền tín hiệu giảm rất nhanh khi độ dài dây tăng lên, vì tín hiệu điện bị suy hao và nhiễu xuyên kênh nhiều hơn theo khoảng cách. Nếu ghép hai die qua bo mạch in thông thường như nhiều hãng vẫn làm, độ trễ và giới hạn băng thông sẽ khiến chúng không thể chia sẻ cùng một vùng nhớ hợp nhất mà phần mềm vẫn nhận như một khối thống nhất. UltraFusion rút ngắn quãng đường tín hiệu xuống mức tối thiểu, nên tổng băng thông trao đổi giữa hai die đạt hơn 2,5 TB mỗi giây, đủ nhanh để một nhân GPU ở die này đọc dữ liệu trong vùng nhớ vật lý gắn với die kia với độ trễ gần như không đáng kể.

Khác gì với việc chỉ dán hai chip cạnh nhau

Nhiều người nhầm UltraFusion với kiểu ghép chiplet phổ biến trên chip AMD hay Intel, nhưng điểm khác biệt nằm ở chỗ Apple thiết kế để hai die hoạt động như một chip logic duy nhất chứ không phải hai đơn vị xử lý độc lập giao tiếp qua giao thức mạng nội bộ. Nhân điều phối, bộ nhớ đệm và trình quản lý bộ nhớ được lập trình để coi 80 lõi GPU của M5 Ultra là một cụm liền mạch, phần nào gợi nhớ cách các cụm GPU quy mô lớn phục vụ mô hình AI được nhắc tới tại /tag/tin-ai, dù quy mô nhỏ hơn nhiều so với trung tâm dữ liệu. Đổi lại, chi phí sản xuất cao hơn đáng kể, vì cần thêm một lớp đế đặc biệt và tỷ lệ hao hụt khi đóng gói cùng lúc hai die đắt tiền cũng lớn hơn so với chip đơn.

Đó là lý do M5 Ultra chỉ xuất hiện trên Mac Studio, dòng máy phục vụ dựng phim, huấn luyện mô hình AI cục bộ hoặc xử lý dữ liệu khoa học, thay vì máy tính phổ thông. Người đọc muốn tìm hiểu thêm về các bước tiến phần cứng của Apple, từ M6 đến M5 Ultra, có thể xem thêm ở mục Khoa học - Công nghệ.