ไขปริศนา ชิปเซ็ตประมวลผลสถาปัตยกรรม ARM คืออะไร? แล้วทำไมมันถึงน่าตื่นเต้นบนอุปกรณ์ Mac

อะไรกัน ตื่นมามีแต่คนพูดถึงเรื่อง ARM มันคืออะรายยยยย หาคำตอบได้ที่นี่!

หลังจากงาน WWDC 2020 วันแรกผ่านไปเมื่อคืน ก็ทำเอาทั่วโลกฮือฮาอย่างมาก กับการประกาศอย่างเป็นทางการว่า Apple จะย้ายไปใช้ชิปเซ็ต Apple Silicon หรือชิปเซ็ตแบบ ARM A-Series (ที่ตัวเองพัฒนาอยู่ และใช้อยู่บน iPhone และ iPad) บนเครื่อง Mac ของตัวเอง แทนชิปเซ็ตของ Intel ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ภายในเวลา 2 ปี

ซึ่งหลาย ๆ คนอาจจะยังไม่รู้จักว่า อะไรคือชิปเซ็ตสถาปัตยกรรมแบบ ARM มันคืออะไร มันมาจากไหน และมันน่าตื่นเต้นยังไงที่จะนำมาใช้กับ macOS วันนี้ #beartai มีคำตอบมาให้

ครั้งแรกที่สถาปัตยกรรม ARM เกิดขึ้นมาบนโลก

หากจะอยากทราบว่าชิปเซ็ตแบบ ARM ที่เราได้ยินกันอยู่ตอนนี้เนี่ยมันมาจากไหน ครั้งแรกถูกพูดถึงโดยใคร คงต้องย้อนกลับไป ปี 1980 ชิปเซ็ตแบบ ARM ถูกพัฒนาครั้งแรกโดย Acorn Computers บริษัทผู้พัฒนาคอมพิวเตอร์สัญชาติอังกฤษผู้ออกแบบสถาปัตยกรรม Acorn RISC Machine ขึ้นเป็นครั้งแรก หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า ARM นี่เอง ซึ่งสถาปัตยกรรมนี้ถูกออกแบบจากพื้นฐานชิป 6502B เป็นไมโครชิปสำหรับคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก และถูกนำมาใช้ครั้งแรกในเครื่อง Acorn Business Computer หรือเครื่อง ABC ที่ต้องการนำมาสู้กับคอมพิวเตอร์ของ IBM ณ ขณะนั้น

ขอบคุณภาพจาก Computing History

ซึ่งก็ทำให้ Acorn Computers มีชื่อเสียงอย่างมากในการพัฒนาไมโครชิปสำหรับคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก และแจ้งเกิดในวงการอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์เลยทีเดียว ทำยอดขายเครื่องออกไปได้ถึง 500,000 เครื่องทั่วโลก นอกจากนั้นยังได้เริ่มทำสัญญากับหลาย ๆ บริษัทใหญ่ทั่วโลก เช่น Apple, Digital Semiconductors และ Oracle เพื่อนำเอาสถาปัตยกรรมแบบ ARM ไปใช้ และได้ส่วนแบ่งทางการตลาดจากการให้ยืมพื้นฐานสถาปัตยกรรมไปใช้ และขายลิขสิทธ์ในการนำไปออกแบบเป็นชิปเซ็ตของตัวเองสำหรับผู้ซื้อไปจนถึงปัจจุบัน (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น ARM Holdings และถือครองโดย SoftBank)

ทีนี้ RISC นี่มันคืออะไร?

ชิปเซ็ตประมวลผลแบบ ARM หรือเรียกเต็ม ๆ ว่า Advanced RISC Machine คือการออกแบบตามสถาปัตยกรรม RISC เป็นหลัก (reduce instruction set computing – การลดจำนวนชุดคำสั่งการคำนวณ) ซึ่งตอนแรกออกแบบมาเพื่อต้องการที่จะนำมาประยุกต์ใช้ได้กับอุปกรณ์ให้ได้แทบทุกชนิด เน้นการประหยัดพลังงานเป็นหลัก ทำให้การออกแบบตัวชิปเซ็ตค่อนข้างจะเป็นเอกลักษณ์ ใช้ทรานซิสเตอร์ที่น้อย ขนาดของซิลิกอนที่เล็ก มีวงจรอย่างง่าย เป็นแบบนั้นเพราะต้องการประหยัดพลังงานมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้นั่นเอง

เพราะแบบนี้ชิปเซ็ตแบบ ARM หรือ RISC จะค่อนข้างเหมาะสมกับอุปกรณ์พกพา (mobile platform) เสียมากกว่า เช่น Laptop / Tablet หรือสมาร์ตโฟน หรือแม้กระทั่งเครื่องเล่นเกมแบบพกพาอย่าง PlayStation Vita และ Nintendo Switch และด้วยการลดคำสั่งการคำนวณของชิปแบบ ARM เป็นเหตุผลว่าทำไมถึงนำโปรแกรมแบบ x86 มาใช้บน ARM ไม่ได้ เพราะขนาดชุดคำสั่งก็ต่างกันแล้ว ซึ่งต้องทำการออกแบบโปรแกรมใหม่เพื่อที่จะนำมาใช้บน ARM ให้ได้

และการเป็นอุปกรณ์แบบพกพาจะมีข้อจำกัดหลัก ๆ คือแบตเตอรี่ที่มีอย่างจำกัด ชิปเซ็ต ARM เลยเหมาะอย่างมาก เพราะถูกออกแบบมาให้กินไฟน้อยเป็นหลัก

จุดเริ่มต้นที่ทำให้ชิปประมวลผล ARM เริ่มน่าสนใจ

ปกติแล้วเราจะพบเห็นชิปเซ็ตสถาปัตยกรรม ARM ได้บนอุปกรณ์พกพาแทบจะทุกชนิด แต่อาจจะออกแบบโดยบริษัทที่แตกต่างกัน แต่ออกแบบบนสถาปัตยกรรมเดียวกัน ซึ่งที่เราน่าจะคุ้นชิน และติดหูมากที่สุดก็คือ Qualcomm Snapdragon บนสมาร์ตโฟนนี่แหละ ก็ใช้สถาปัตยกรรม ARM เช่นเดียวกัน แต่หลัง ๆ ตลาดของชิปเซ็ต AMR มันเริ่มมีความสนใจมาจาก Snapdragon รุ่น 821 Quad Core ที่เริ่มใช้สถาปัตยกรรมแบบ 64-bit ARM ที่ให้ประสิทธิภาพ และความเร็วที่มากกว่าแบบเดิมที่เป็น 32-bit อย่างมาก

หลังจากนั้นตลาดของชิปเซ็ตแบบ ARM ก็ยิ่งน่าสนใจขึ้นไปอีกตอน Snapdragon 835 ซึ่งเป็นชิปเซ็ตแบบ ARM ตัวแรกที่มีสเปกถึง 8 Core หรือ Octa-Core ทำให้ยิ่งมีกำลังในการประมวลผลที่มากขึ้น ความเร็วที่มากขึ้น ทำให้ Qualcomm โด่งดังในตลาดของ ARM ในสมาร์ตโฟนไปโดยปริยาย

แต่ชิปประมวลผลแบบ ARM ก็ไม่ได้โด่งดังแค่ในอุตสาหกรรมสมาร์ตโฟนนะ เพราะเริ่มมีโน้ตบุ๊กที่หันมาใช้ ARM เหมือนกันด้วยความที่มันกินไฟน้อยกว่า อย่าง Microsoft Surface Pro X แต่ให้ประสิทธิภาพการประมวลผลพอ ๆ กับชิประดับเดสก์ทอปบางตัว แต่ก็เจาะขายได้แค่ตลาดระดับผู้ใช้งานทั่วไปนั่นแหละ เพราะความจำกัดทางด้านโปรแกรม แต่ด้วยความที่ชิป ARM มันสามารถฝังโมเด็มเครือข่ายลงไปได้ เลยพอจะเอามาสู้อยู่ได้บ้าง

Microsoft Surface Pro X
Microsoft Surface Pro X

การเดินทางของชิปประมวลผล ARM ของ Apple

และในขณะเดียวกัน Apple ผู้ที่ผลิตชิปเซ็ตของตัวเองมาตลอดตั้งแต่รุ่น APL0098 ที่เริ่มใช้ใน iPhone รุ่นแรกก็เริ่มใช้ชิปประมวลผลแบบ ARM เรื่อยมา จนกระทั่งชิป Apple A4 ถือกำเนิด ที่เรียกได้ว่าเป็น “Game Changer” ของ Apple เลยทีเดียว เพราะชิปนี้ถูกพัฒนาไปอยู่แทบจะทุกอุปกรณ์ของ Apple ณ ปัจจุบัน เป็นบรรพบุรุษของทุกตัวตั้งแต่ A5 จนถึง A13 ในปัจจุบัน

จนในปี 2013 Apple เปิดตัวชิป Apple A7 ซึ่งเป็นชิป ARM แบบ 64-bit ตัวแรกของโลกบนสมาร์ตโฟน ซึ่งเป็นอะไรที่ทำให้แฟน ๆ ตื่นเต้นกันเป็นอย่างมาก ซึ่งถูกนำมาใช้ครั้งแรกบน iPhone 5S มีประสิทธิภาพด้านกราฟิกที่แรงกว่าตัวเดิมอย่าง A6X ถึงสองเท่า

และ Apple ก็ทำให้แฟน ๆ ตื่นเต้นอีกครั้งด้วยการเปิดตัวชิป Apple A12 Bionic ที่เป็นชิปเซ็ต ARM สำหรับสมาร์ตโฟนตัวแรกของโลกที่ออกแบบบนขนาด 7nm และมี Neural Engine ที่ช่วยเร่งการประมวลผลให้เหนือไปกว่าชิปเซ็ตแบบ ARM ทุก ๆ ตัวสมาร์ตโฟนในตลาดแบบทิ้งห่างไปเลย ณ ขณะนั้น

ด้วยประสิทธิภาพของชิป Apple A12X Bionic ใน iPad Pro 2018 ที่มีประสิทธิเหนือกว่า MacBook Air และ MacBook Pro บางตัวของ Apple เองเสียอีก (แรงกว่าหลาย ๆ ตัวในตลาด Laptop ของ Windows ด้วย) แต่ด้วยข้อจำกัดทางด้านระบบปฏิบัติการ iPad Pro จึงยังไม่ได้เป็นที่ยอมรับในด้าน Laptop Replacement มากนัก ด้วยเครื่องมือ และแอปของ iPad ที่ยังเป็นกึ่ง ๆ สมาร์ตโฟนกึ่ง ๆ แทบเล็ต ที่อาจจะเอามาใช้งานด้านมืออาชีพไม่ได้ จึงทำให้ชิป A12X ก็แรงอยู่แค่ใน iPad เท่านั้น ถึงจะมีประสิทธิภาพโดยรวมที่เจ๋งกว่าชิปหลาย ๆ ตัวของสถาปัตยกรรม ARM หรือแม้แต่สถาปัตยกรรม x86/x64 บนโน้ตบุ๊ก

โดยล่าสุด Apple ก็ทำให้มันเป็นจริง ในการเอาศักยภาพของชิป Apple A12Z มาใช้งานบนเครื่อง Mac mini ที่ใช้ระบบปฏิบัติการ macOS ซึ่งทำให้กำแพงที่เรียกว่า “ข้อจำกัดทางด้านระบบปฏิบัติการ” นั้นเริ่มพังทลายลงไป และได้แสดงศักยภาพที่แท้จริงของตัวมันออกมา โดย Apple ได้แสดงให้เห็นว่าชิป Apple Silicon ที่ตัวเองออกแบบ และพัฒนาเรื่อยมาเป็นทศวรรษนั้น มีศักยภาพเทียบเคียงได้กับชิปเซ็ตระดับ x86/x64 ของ Intel และ AMD ด้วยซ้ำ รวมถึงเป็นการตอกย้ำที่ Apple เคยเคลมไว้ในอดีตว่าชิปเซ็ตตัวนี้แรงกว่าโน้ตบุ๊กหลาย ๆ ตัว ณ ขณะนั้น

แต่สุดท้าย Apple ก็ยังไม่ได้ก้าวผ่านคำว่า “ข้อจำกัดทางด้านระบบปฏิบัติการ” มาแบบทันทีทันใด อย่าลืมว่าพื้นฐานชิปของ A12Z ยังเป็น ARM อยู่ ยังมีข้อจำกัดในการนำโปรแกรมที่ใช้งานบนชิป x86/x64 ที่เป็นโปรแกรมส่วนใหญ่ในตลาดมาใช้ไม่ได้ ต้องได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะเพื่อนำมาใช้งานบนชิปเซ็ต ARM ซึ่ง Apple ก็ได้เริ่มโครงการเปิดโอกาสให้นักพัฒนานำโปรแกรมของตัวเองพอร์ตมาลงยังชิปเซ็ตประมวลผลแบบ ARM ของตัวเอง และเป็นเรื่องธรรมดาที่ต้องใช้เวลา แต่ถึงอย่างนั้น Apple ก็ได้เริ่มพัฒนาในส่วนนี้กับ Microsoft และ Adobe ไปจนจะสมบูรณ์แล้ว เพื่อนำเครื่องมือชั้นนำที่คนนิยมใช้มาลงก่อน เช่น Microsoft Offices, Adobe Photoshop, Lightroom, Premiere Pro เป็นต้น

อย่างไรก็ตามก็ไม่ใช่ว่าจะมีแต่ข้อเสียอย่างเดียว ด้วยการที่นำ macOS มาใช้งานบนสถาปัตยกรรม ARM ทำให้ระบบปฏิบัติการ iOS, iPadOS และ macOS เข้าใกล้กันมากอย่างไม่เคยเป็นมาก่อน ทำให้เป็นเรื่องง่าย ๆ เลยที่จะนำแอปของ iPhone และ iPad ในปัจจุบันมาใช้งานบน macOS เพราะมันก็ถูกออกแบบ และเขียนให้รองรับสถาปัตยกรรม ARM อยู่แล้ว

ซึ่งอย่างที่กล่าวไปข้างต้น การนำตลาดโปรแกรมขนาดใหญ่ที่ส่วนใหญ่รันอยู่บน x86/x64 มาให้หมด มันจะต้องใช้เวลาพอสมควร แต่นี่ถือว่าเป็นก้าวสำคัญที่ Apple ได้แสดงให้เราเห็นว่า Apple ได้พร้อมที่จะก้าวเข้าสู่ยุคใหม่ของ macOS และ Mac Device เป็นที่เรียบร้อยแล้ว (Apple บอกขอเวลาแค่ 2 ปี พร้อมวางขาย Mac รุ่น ARM แน่นอน) และ Apple จะเริ่มต้น OS X สมัยใหม่ด้วย “macOS 11.0” ที่ใช้ชิปเซ็ตแบบ ARM นั่นเอง

ขอบคุณที่สละเวลาอ่าน รักผู้อ่านทุกคนครับ 🙂

อ้างอิง

พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส