Kiến trúc Arm nổi tiếng với khả năng tiết kiệm năng lượng, điều này đã giúp các đối tác của Arm tạo ra các giải pháp tiêu thụ ít điện năng hơn so với các đối thủ cạnh tranh trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất. Đặc biệt, Arm đã được sử dụng rộng rãi trong điện thoại di động và IoT nhờ vào khả năng này. Arm tập trung vào việc cung cấp các lõi hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng, cho phép các đối tác phát triển các giải pháp hiệu quả hơn về năng lượng so với các kiến trúc khác.
Ví dụ điển hình là NVIDIA, với việc sử dụng kiến trúc Arm trong sản phẩm Grace Blackwell, đã giảm tiêu thụ điện năng 25 lần và tăng hiệu suất 30 lần mỗi GPU so với NVIDIA H100 GPUs sử dụng các kiến trúc cạnh tranh cho các mô hình ngôn ngữ lớn.
Kiến trúc x86 rất mạnh mẽ, dựa trên CISC (Complex Instruction Set Computing) với nhiều lệnh phức tạp hơn, tiêu thụ nhiều điện năng hơn. Một số lệnh x86 cần nhiều chu kỳ để thực thi, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn và giảm hiệu quả.
Kiến trúc x86 sử dụng tập lệnh có độ dài biến đổi từ 1 đến 15 byte, trong khi Arm sử dụng tập lệnh có độ dài cố định (dù lệnh Thumb có thể biến đổi). Dự đoán nhánh trong x86 quan trọng hơn do độ phức tạp của các lệnh, và lỗi dự đoán có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng hơn so với kiến trúc Arm.
Để làm cho x86 hiệu quả như Arm, Intel cần thực hiện nhiều cải tiến. Tập lệnh x86 tiêu tốn nhiều năng lượng do chu kỳ fetch, decode và execution phức tạp hơn. Việc kết hợp các lệnh đơn giản thành một micro-op cũng có thể giúp giảm overhead.
Ngược lại, kiến trúc RISC của Arm là một lợi thế lớn, mỗi lệnh trong Arm được thiết kế để thực thi nhanh hơn và dễ dàng hơn. Lệnh có độ dài cố định giúp giải mã đơn giản hơn, và sử dụng lệnh Thumb 16-bit giúp giảm kích thước mã và không gian bộ nhớ. Các lệnh Thumb nhỏ hơn nghĩa là ít fetch bộ nhớ hơn và nhiều lệnh hơn có thể vừa trong cache của bộ xử lý.
Các chip Arm thường là một phần của hệ thống trên chip (SoC), thay vì CPU riêng lẻ kết nối với phần còn lại của máy tính qua bo mạch chủ. Các kết nối trực tiếp mà một CPU Arm có thể có với bộ điều khiển bộ nhớ, GPU và các phần quan trọng khác của phần cứng máy tính có thể mang lại lợi ích về hiệu quả. Đây chính là cách mà bộ nhớ thống nhất của Apple hoạt động, và là một trong những lý do dẫn đến thời lượng pin tuyệt vời của các thiết bị Apple.
Intel tự tin rằng x86 có thể hiệu quả như Arm, nhưng có nhiều hạn chế phần cứng làm cho điều này trở nên khó khăn. Có nhiều cải tiến cần thực hiện cho kiến trúc x86, nhưng khó có thể thấy hiệu quả ngang tầm với Arm từ Lunar Lake. Intel đang đặt mục tiêu đạt “năm nút trong bốn năm,” nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm để bắt kịp ngành công nghiệp.
Kiến trúc Arm thực sự mang lại lợi thế về hiệu quả năng lượng so với x86, nhưng Intel đang nỗ lực cải thiện để đưa x86 đạt mức hiệu quả tương đương. Cạnh tranh giữa các kiến trúc sẽ mang lại lợi ích cho người tiêu dùng và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ.