Intel hé lộ Xeon 7 Diamond Rapids 256 lõi: canh bạc HPC đầy tham vọng sau nhiều lần trì hoãn

Intel vừa công bố thêm chi tiết về nền tảng Xeon 7 mang tên mã Diamond Rapids tại sự kiện Hot Chips, cho thấy con chip máy chủ này sẽ không ra mắt trong năm nay như kế hoạch ban đầu mà bị dời sang 2027. Dù chậm tiến độ, Diamond Rapids lại gây chú ý khi nâng trần từ 192 lõi lên tới 256 lõi hiệu năng cao trong một socket, tức một đế CPU vật lý trên bo mạch chủ. Đây là bước đi đáng chú ý vì nó đưa Intel lên cùng mặt bằng với dòng Epyc Venice thế hệ 6 của AMD ở phân khúc cao cấp nhất.

Điểm đáng chú ý là Diamond Rapids không phải dòng Xeon phổ thông. Intel đã loại bỏ hoàn toàn hyperthreading, hay còn gọi là simultaneous multithreading (SMT) – kỹ thuật cho phép một lõi xử lý nhiều luồng tác vụ cùng lúc để tăng hiệu quả trong một số ứng dụng. Thay vào đó, chip được tối ưu cho HPC, viết tắt của high-performance computing, tức điện toán hiệu năng cao dùng trong siêu máy tính, mô phỏng khoa học, kỹ thuật và các khối lượng công việc tính toán cực lớn. Điều này đồng nghĩa Intel gần như chỉ nhắm tới các mẫu nhiều lõi nhất, thay vì trải dài sản phẩm từ phổ thông đến cao cấp như trước.

Về thiết kế, Diamond Rapids là một trong những Xeon phức tạp nhất Intel từng xây dựng. CPU này có thể gồm tối đa 22 chiplet – tức nhiều khuôn chip nhỏ ghép lại thành một bộ xử lý lớn. Cách làm chiplet giúp nhà sản xuất linh hoạt hơn trong việc phối hợp số lõi xử lý, bộ nhớ đệm và khối vào/ra, thay vì phải tạo một khuôn chip khổng lồ duy nhất. Trong Diamond Rapids, Intel chia hệ thống thành ba nhóm chính: tối đa 16 khuôn tính toán chứa các lõi CPU, 4 khuôn nền Compute Building Block (CBB), và 2 khuôn Scalable Fabric Hub (SFH) để kết nối toàn bộ hệ thống.

Các khuôn tính toán của Diamond Rapids được sản xuất trên tiến trình 18A-P, một biến thể tinh chỉnh từ công nghệ lớp 2 nm của Intel. Trong ngành bán dẫn, “tiến trình” là cách chỉ mức độ thu nhỏ và mật độ transistor, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu năng và điện năng. Intel cho biết 18A-P có thể mang lại cùng hiệu năng với mức điện thấp hơn 18%, hoặc tăng hiệu năng khoảng 9% ở cùng mức điện tiêu thụ. Trong khi đó, các khuôn nền CBB được chế tạo trên Intel 3-T. Intel còn dùng Foveros 3D direct hybrid bonding, một công nghệ đóng gói 3D cho phép xếp chồng các khuôn chip lên nhau và kết nối mật độ cao, nhằm tăng băng thông nội bộ và tiết kiệm diện tích.

Mỗi chiplet lõi có thể chứa tối đa 16 lõi cùng bộ nhớ đệm L2 riêng. Tối đa 4 chiplet như vậy được đặt lên trên một khuôn nền CBB, nơi chứa toàn bộ bộ nhớ đệm L3. Mỗi CBB có 320 MB L3, đưa tổng dung lượng L3 của bản cao nhất lên 1,28 GB – con số rất lớn đối với CPU máy chủ. Về bộ nhớ hệ thống, hai khuôn SFH cung cấp tối đa 16 kênh DDR5 tốc độ 8.000 MT/s. MT/s, hay mega transfers per second, là đơn vị đo số lần truyền dữ liệu mỗi giây. Khi dùng MRDIMM – loại mô-đun RAM tối ưu băng thông cho máy chủ – tốc độ có thể đạt 12.800 MT/s, hứa hẹn lợi thế lớn cho các tác vụ cần truy cập dữ liệu liên tục.

Ngoài bộ nhớ, Diamond Rapids còn tích hợp tới 128 làn PCIe 6.0, CXL 3 và UPI 3, cùng thêm 8 làn PCIe 4.0. PCIe là chuẩn giao tiếp tốc độ cao cho GPU, SSD và card mạng; phiên bản 6.0 tăng mạnh băng thông so với thế hệ trước. CXL, viết tắt của Compute Express Link, là giao thức mở rộng giúp CPU, bộ nhớ và thiết bị tăng tốc như GPU chia sẻ dữ liệu hiệu quả hơn, đặc biệt quan trọng trong AI và máy chủ hiện đại. UPI, hay Ultra Path Interconnect, là liên kết nội bộ của Intel dùng để các CPU trong hệ thống giao tiếp với nhau.

Một thay đổi kiến trúc đáng chú ý là Intel hướng Diamond Rapids tới mô hình UMA, tức uniform memory access – nơi mọi lõi CPU truy cập bộ nhớ với độ trễ tương đối đồng đều. Đây là điểm khác với NUMA, hay non-uniform memory access, trong đó một số vùng bộ nhớ gần lõi hơn và truy cập nhanh hơn các vùng khác. NUMA thường xuất hiện trong hệ thống nhiều cụm xử lý lớn và có thể làm phần mềm tối ưu phức tạp hơn. Với Diamond Rapids, Intel dường như muốn đem lại cấu hình mặc định dễ dùng hơn cho khách hàng, dù giới HPC vẫn có thể mong chờ tùy chọn chia nhỏ thành các cụm sub-NUMA trong BIOS để phục vụ các tải công việc chuyên biệt.

Dù vẫn dùng đóng gói 3D cho các khối tính toán, Intel không sử dụng EMIB trong phần kết nối giữa các khối lớn. EMIB, hay Embedded Multi-Die Interconnect Bridge, là công nghệ cầu nối silicon 2.5D của Intel dùng để ghép nhiều khuôn chip với băng thông cao. Thay vào đó, Diamond Rapids chuyển sang cách kết nối gần với UCIe-S, tức một dạng liên kết chiplet truyền dữ liệu qua đế hữu cơ của gói chip. Theo Intel, cách tiếp cận này giúp các khối tính toán giao tiếp trực tiếp với cả hai khuôn SFH, đồng thời hỗ trợ tốt hơn cho kiến trúc UMA và kiểm soát chi phí đóng gói.

Về tập lệnh, Diamond Rapids sẽ hỗ trợ AMX được nâng cấp và AVX 10.2. AMX, hay Advanced Matrix Extensions, là tập lệnh tăng tốc các phép toán ma trận – nền tảng của nhiều mô hình học máy. Việc bổ sung hỗ trợ FP8, định dạng số thực 8 bit đang ngày càng phổ biến trong AI, có thể giúp CPU xử lý một số tác vụ máy học hiệu quả hơn ngay trên chip mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào GPU. Trong khi đó, AVX 10.2 là thế hệ mới của Advanced Vector Extensions, tập lệnh vector dùng để tăng tốc tính toán khoa học, mô phỏng và xử lý dữ liệu song song. Đây là tin đáng chú ý với giới siêu máy tính và trung tâm nghiên cứu.

Trên lý thuyết, Diamond Rapids đang có vị thế khá tốt để đối đầu AMD Venice ở nhóm sản phẩm cao nhất. Cả hai bên đều hướng tới 256 lõi, 16 kênh bộ nhớ, hơn 1 GB bộ nhớ đệm L3 và mức điện năng có thể quanh 600 W. Tuy nhiên, việc Intel không có hyperthreading có thể khiến hãng bất lợi ở những ứng dụng tận dụng số luồng cực lớn. Dù vậy, trong nhiều bài toán HPC, SMT không phải lúc nào cũng đem lại lợi ích rõ rệt, thậm chí đôi khi còn làm giảm hiệu quả do tranh chấp tài nguyên trong lõi xử lý.

Hiện vẫn còn nhiều câu hỏi chưa có lời giải: xung nhịp thực tế của các lõi sẽ đạt bao nhiêu, mức tăng IPC – tức số lệnh xử lý được trong mỗi chu kỳ xung – so với Granite Rapids là bao nhiêu, và Intel sẽ cắt giảm cấu hình xuống mức nào ở các phiên bản thấp hơn. Dù đã xác nhận các mẫu 256 lõi và 192 lõi, giới quan sát dự đoán sản phẩm thương mại có thể bắt đầu từ khoảng 64 đến 128 lõi. Cuối cùng, thành bại của Diamond Rapids nhiều khả năng sẽ phụ thuộc vào giá trị trên từng đô la đầu tư: nếu Intel đưa ra mức giá đủ cạnh tranh so với AMD, Xeon 7 hoàn toàn có thể trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các trung tâm HPC, ngay cả khi chưa chắc giành ngôi đầu tuyệt đối về hiệu năng.