โปรเซสเซอร์ ARM กับ Intel แตกต่างกันอย่างไร ? ตัวไหนดีกว่ากัน ?

ARM กับ Intel Processors แตกต่างกันอย่างไร ?

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ที่เราใช้งานกันอยู่ในปัจจุบันนี้ หากเป็นอุปกรณ์ที่มี หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) อยู่ภายใน สถาปัตยกรรมของมันจะมาจาก บริษัท ARM หรือไม่ก็บริษัท Intel โดยชิปของ ARM มีชื่อเสียงด้านการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มันได้รับความนิยมในอุปกรณ์พกพา ในขณะที่ชิป Intel มีชื่อเสียงด้านประสิทธิภาพสูง จึงนิยมใช้งานใน คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC) และ เครื่องเซิร์ฟเวอร์ (Server) นั่นเอง

อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ ชิป ARM ได้รับความนิยมมากขึ้นใน PC โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน คอมพิวเตอร์แบบโน้ตบุ๊ก กระแสที่เห็นได้ค่อนข้างชัดเจน ก็หลังจากที่ Apple ได้ประกาศเลิกใช้ CPU จาก Intel ในเครื่อง Mac แล้วเปลี่ยนมาใช้ชิป Apple M1 ซึ่งเป็นชิป ARM ที่ทาง Apple ออกแบบขึ้นมาเอง อนึ่ง Apple ไม่ใช่เจ้าแรกที่นำ ARM มาใช้ในคอมพิวเตอร์แต่อย่างใด แต่น่าจะเป็นเจ้าแรกที่ใช้แล้วประสบความสำเร็จ

แม้ในช่วงแรกจะมีด้านการรองรับของซอฟต์แวร์อยู่บ้าง แต่ในปัจจุบันนี้ มักก็แสดงให้เห็นแล้วว่าการตัดสินใจของ Apple ที่เปลี่ยนมาใช้สถาปัตยกรรม ARM นั้นมาถูกทางแล้วจริง ๆ ประสิทธิภาพในการทำงานสูง แถมยังสามารถทำงานได้ทั้งวันสบาย ๆ โดยแทบไม่ต้องชาร์จแบตเตอรี่เลย

ทำให้ตอนนี้ ดูเหมือนว่า ARM ที่แต่ก่อนอยู่คนละตลาดกับ Intel ตอนนี้ จะกลายเป็นคู่แข่งกันเสียแล้ว สองสถาปัตยกรรมนี้แตกต่างกันอย่างไร ? มาทำความเข้าใจกัน ...

ARM และ Intel สองบริษัทที่ครองโลกดิจิทัล (ARM and Intel are Tech Companies that rule the Digital World)

ARM และ Intel เป็นสองบริษัทยักษ์ใหญ่ที่พัฒนา ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ชิปของทั้งคู่เลือกใช้สถาปัตยกรรมการทำงานคนละแบบ มีชุดคำสั่ง Instruction Set Architecture (ISA) ที่แตกต่างกัน ซึ่งชุดคำสั่งเหล่านี้ก็มีการคุ้มครองลิขสิทธิ์ในการนำไปใช้อีกด้วย

ISA ของ Intel รู้จักกันในชื่อสถาปัตยกรรม x86 ซึ่งใช้ปรัชญาการพัฒนาในแบบที่เรียกว่า Complex Instructions Set Computing (CISC) ในขณะที่ ISA ของ ARM จะรู้จักกันในชื่อสถาปัตยกรรม ARM ตามชื่อบริษัทเลย แต่ว่า ARM จะใช้ปรัชญาการพัฒนาในแบบที่เรียกว่า Reduced Instruction Set Computing (RISC)

เดิมที ทาง Intel จะออกแบบ และผลิตชิปทั้งหมดด้วยตัวเอง แต่ในระยะหลังเริ่มหันมาใช้ Foundry Model หรือการ ออกแบบชิปเอง แต่การผลิตจะว่าจ้างบริษัทที่มีความเชี่ยวชาญด้านการผลิตชิป เช่น TSMC ที่มีเทคโนโลยี และกำลังการผลิตที่เหนือกว่ามาช่วยผลิตให้

ในขณะที่ ARM เลือกที่จะเป็นพันธมิตรกับบริษัทต่าง ๆ อย่างเช่น Apple หรือ Samsung ในการออกแบบชิปของตนเองด้วยสถาปัตยกรรม ARM ส่วนการผลิตก็ว่าจ้างบริษัทรับผลิตชิปเป็นหลัก ส่วนใหญ่ก็เป็น TSMC เจ้าประจำที่รับจบ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมมีชิปมากมายจากหลายบริษัท เช่น Qualcomm Snapdragon, Samsung. Exynos, MediaTek Dimensity, Google Tensor ฯลฯ ที่ถูกจัดหมวดหมู่ให้เป็นชิปประมวลผลแบบ ARM

เรารู้พื้นเพการดำเนินงานของทั้งสองบริษัทกันแล้ว ต่อไปมาทำความเข้าใจกันต่อว่าชิปของทั้งสองบริษัทนี้ มีหลักการทำงานที่แตกต่างกันอย่างไร ? ทำไมถึงส่งผลต่อประสิทธิภาพ

ความแตกต่างระหว่าง ชิปประมวลผล ARM และ Intel (Differences Between ARM and Intel Processors)

ไม่กี่ปีก่อน เราจะเห็นชิปประมวลผล ARM ถูกมองว่าเป็นหน่วยประมวลผลที่ใช้พลังงานต่ำที่ใช้ในอุปกรณ์พกพาอย่างสมาร์ทโฟนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อชิป Apple Silicon ซีรีส์ M ของ Apple และ Snapdragon X Elite ของ Qualcomm ที่ทำมาใช้งานกับโน้ตบุ๊กเปิดตัวออกมา มันแสดงให้เห็น ARM กำลังพยายามแข่งกับ Intel (รวมไปถึง AMD ด้วย) โดยตรง

หลายคนก็น่าจะมีคำถามสงสัยว่าแล้ว x86 ของ Intel มันทำงานต่างจาก ARM อย่างไร ?

สถาปัตยกรรมของชุดคำสั่ง (Instruction Set Architecture - ISA)

อย่างที่เราได้อธิบายไปแล้วในช่วงต้นว่า ชิปประมวลผล ARM ใช้ RISC ในขณะที่ชิปประมวลผล Intel ใช้ CISC ซึ่งเป็นสถาปัตยกรรมการออกแบบชุดคำสั่ง Instruction Set Architecture (ISA) ที่แตกต่างกัน

RISC ใช้คำสั่งที่เรียบง่าย และมีความยาวคงที่ ซึ่งดำเนินการเพียงหนึ่งคำสั่งต่อหนึ่งรอบนาฬิกา ความเรียบง่ายของ RISC มีจุดเด่นในด้านการประหยัดพลังงาน และเกิดความร้อนต่ำ ทำให้มันได้รับความนิยมใช้งานในอุปกรณ์พกพา

ในทางกลับกัน CISC มีชุดคำสั่งที่ซับซ้อนมาก สามารถดำเนินการได้หลายอย่างในคำสั่งเดียว ทำให้มันเก่งรอบด้าน และนิยมใช้ในการสร้างซอฟต์แวร์ที่มีความซับซ้อนสูงแม้ว่าจะต้องแลกมากับอัตราการใช้พลังงานที่สูงกว่า และเกิดความร้อนมากขึ้น

ภาพจาก : hhttps://arstechnica.com/gadgets/2022/09/a-history-of-arm-part-1-building-the-first-chip/

หากจะเปรียบเทียบให้เห็นภาพง่าย ๆ สมมติว่า คอมพิวเตอร์เป็นเชฟ แล้วคุณต้องการสั่งก๋วยเตี๋ยวหนึ่งชาม หากคุณสั่ง "เชฟ CISC" คุณบอกแค่ว่าจะเอาก๋วยเตี๋ยวแค่นั้นพอ คุณได้ก๋วยเตี๋ยวออกมาเลย ภายในคำสั่งเดียว แต่ถ้าเป็น "เชฟ RISC" คุณจะต้องบอกทีละขั้น เอาเส้นไปลวก ตามด้วยลูกชิ้น เสร็จแล้วโรยกระเทียมเจียวปิดท้าย

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันนี้ ความแตกต่างระหว่าง RISC และ CISC เริ่มลดน้อยลง ชิป ARM รุ่นใหม่สามารถรวมคำสั่งที่ซับซ้อนบางอย่างเพื่อประสิทธิภาพการทำงานที่ดียิ่งขึ้น ในขณะที่ชิป Intel รุ่นล่าสุด ก็มีการใช้เทคนิค เช่น Micro-Op Translation แบ่งคำสั่ง CISC ออกเป็นคำสั่งที่เรียบง่าย เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้ดียิ่งขึ้น

ความเข้ากันได้ และการสนับสนุนซอฟต์แวร์ (Software Compatibility/Support)

เนื่องจากสถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง (ISA) ของ x86 และ ARM ถูกออกแบบมาแตกต่างกัน แบบหนึ่งใช้ CISC อีกแบบหนึ่งใช้ RISC และ CISC ส่งผลให้ซอฟต์แวร์ที่พัฒนามาเพื่อทำงานบนชิป Intel ไม่สามารถประมวลผลโดยตรงบนชิป ARM ได้

การที่โปรแกรมส่วนใหญ่ถูกพัฒนาขึ้นมาให้ทำงานได้บนสถาปัตยกรรมที่เจาะจงเท่านั้น ทำให้ผู้บริโภคจำเป็นต้องซื้อชิปของบริษัทหนึ่งเป็นหลัก เพียงเพราะมันมีปริมาณของซอฟต์แวร์ที่มีให้ใช้งานได้

สังเกตเวลาเราซื้อคอมพิวเตอร์ ส่วนใหญ่ตัวเลือก CPU จะมีอยู่แค่ตัวเลือกเดียวคือ ชิปจาก Intel หรือไม่ก็ AMD เท่านั้น เพราะโปรแกรมคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ถูกออกแบบสำหรับสถาปัตยกรรมแบบ x86 ไม่ว่าจะเป็นตัวระบบปฏิบัติการ Windows, ซอฟต์แวร์ หรือเกมต่าง ๆ

ในทางกลับกัน ชิป ARM ผูกขาดในตลาดสมาร์ทโฟน เนื่องจากระบบปฏิบัติการ และแอปพลิเคชันของสมาร์ทโฟนได้รับการพัฒนาให้ทำงานบนชิป ARM โดยเฉพาะ แม้ทาง Intel เคยพยายามส่งชิป x86 มาทำตลาดในสมาร์ทโฟนแต่มันก็ไม่ประสบความสำเร็จ จนหายไปจากตลาดเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

สถานการณ์ในตอนนี้ ชิป Apple Silicon และ Snapdragon X Elite ของ Qualcomm ที่เข้าสู่ตลาดแล็ปท็อป ทำให้ดูเหมือนว่าชิปที่ใช้ ARM กำลังเจาะเข้าสู่ตลาดพีซี อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ ARM ก็ยังประสบปัญหาด้านการสนับสนุนซอฟต์แวร์ และความเข้ากันได้

การที่ Apple เปลี่ยนจากชิป Intel เป็น Apple Silicon ทำให้แอปพลิเคชันหลายตัวที่เคยใช้บน Intel ไม่สามารถใช้งานได้ แต่ Apple ก็รับมือด้วยการพัฒนาเครื่องมือ Rosetta 2 ที่ช่วยให้แอปพลิเคชันเหล่านั้นสามารถทำงานได้ แม้จะไม่ทั้งหมด หรือมีข้อผิดพลาดอยู่บ้างก็ตาม และคงต้องใช้เวลาสักพักก่อนที่แอปพลิเคชันทั้งหมดจะรองรับการทำงานได้โดยตรงบนคอมพิวเตอร์ Mac รุ่นใหม่ที่ใช้ชิป ARM 

เช่นเดียวกัน แม้ว่าตอนนี้จะมีโน้ตบุ๊ก Snapdragon X Elite ที่สามารถใช้งานระบบปฏิบัติการ Windows ได้ แต่ก็เป็น Windows 11 ARM ที่ Microsoft พัฒนาขึ้นมาใหม่ ซอฟต์แวร์บุคคลที่สาม (3rd-Party Software) ส่วนใหญ่ ก็ไม่ได้รันโดยตรงบนชิป ARM แต่รันผ่านการจำลองคล้ายคลึงกับที่ Apple ทำอยู่

ประสิทธิภาพ (Performance)

แม้ว่าปัจจุบันนี้เส้นแบ่งระหว่างประสิทธิภาพของ x86 และ ARM จะเริ่มลดลงจนใกล้เคียงกันแล้ว แต่ชิปของ Intel (รวมถึง AMD) ยังคงให้ประสิทธิภาพสูงกว่า ARM ในการทำงานของซอฟต์แวร์เฉพาะบางประเภท ข้อได้เปรียบนี้ไม่ใช่เพราะชิป x86 มีประสิทธิภาพสูงกว่าโดยธรรมชาติ แต่เกิดจากการที่ซอฟต์แวร์หลายตัวได้ถูกพัฒนาขึ้นมาโดยใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบของชุดคำสั่ง ISA ขั้นสูง ที่มีอยู่ในสถาปัตยกรรม x86 ในการทำงาน, ฮาร์ดแวร์อื่น ๆ ที่มีอยู่ในระบบนิเวศ และการทำงานแบบ มัลติเธรด (Multithreade) อย่างต่อเนื่อง ทำให้การเล่นเกม, การตัดต่อวิดีโอ, Computer Aided Design (CAD) และการจำลองระบบ พวกนี้ยังเป็นซอฟต์แวร์ที่ทำงานบน x86 ได้ดีกว่า

อย่างไรก็ตาม ชิป ARM รุ่นใหม่ ๆ ก็มีการปรับปรุงให้ทำงานในรูปแบบ Out-Of-Order Execution ร่วมกับท่อรับคำสั่งที่กว้างขึ้น (Wide Instruction Pipelines) ทำให้ในแง่ของประสิทธิภาพช่องว่างระหว่าง ARM กับ x86 ใกล้กันมากกว่าแต่ก่อน หากเป็นซอฟต์แวร์ที่ทำงานด้วยชุดคำสั่ง ISA ที่เรียบง่าย ไม่ซับซ้อน ประสิทธิภาพในการทำงานก็ไม่แตกต่างกัน แถมยังประหยัดพลังงานกว่ามากด้วย

เมื่อแพลตฟอร์ม ARM บนคอมพิวเตอร์ ได้รับการสนับสนุนมากขึ้นจากนักพัฒนา ในอนาคต ซอฟต์แวร์จะได้รับการปรับปรุงให้รันบน ARM ได้โดยตรง ไม่จำเป็นต้องรันผ่านเครื่องมือแปลงอีกต่อไป ทำให้ประสิทธิภาพของซอฟต์แวร์ดีขึ้นตามกาลเวลา

ซึ่งชิป Apple M-series ได้พิสูจน์ข้อเท็จจริงนี้ด้วยการแสดงประสิทธิภาพที่เหนือกว่าชิป x86 หลายตัว ในการประมวลผลงานเฉพาะด้านบางอย่าง จนสักวันหนึ่ง ARM "อาจจะ" เหนือกว่า x86 เมื่อพูดถึงประสิทธิภาพ ที่ต้องใช้คำว่า "อาจจะ" เพราะชิปของ Intel และ AMD ยังคงมีการปรับปรุงให้แรงขึ้นทุกปี และยังคงนำหน้าในการรันซอฟต์แวร์ที่ทำงานแบบมัลติเธรด

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (Power Efficiency)

เนื่องจากซอฟต์แวร์หลายตัวออกแบบมาให้ใช้ฮาร์ดแวร์ x86 ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ชิปของ Intel จึงมีการใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อรักษาประสิทธิภาพ และทำให้เกิดความร้อนสูงขึ้น บนคอมพิวเตอร์แบบ Desktop เราไม่ต้องสนใจ แต่ในเครื่องโน้ตบุ๊กมันส่งผลให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลง

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ชิป Intel รุ่นใหม่ ๆ ก็มีการนำนวัตกรรมใหม่ๆ มาใช้เพื่อแก้ไขจุดอ่อน เช่น Micro-Op Translation, โหมดประหยัดพลังงานเมื่อไม่ได้ใช้งาน (Pacckage Sleep States), การนำ RAM มารวมกันแบบ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญทั้งหมด อยู่ในชิปเดียว (System on Chip - SoC), และออกแบบชิปให้เป็นแบบไฮบริดเพื่อให้อัตราการใช้พลังงานมีประสิทธิภาพสูงขึ้น

อย่างไรก็ตาม ARM ก็ยังคงประหยัดพลังงานมากกว่าชิปของ Intel อยู่ดี เนื่องจากสถาปัตยกรรม RISC มีรูปแบบการทำงานที่ใช้พลังงานได้คุ้มค่ากว่าอยู่แล้ว

ARM กับ Intel ชิปประมวลผล ตัวไหนดีกว่ากัน ? (Which on is better between ARM vs Intel Processors ?)

เราได้เห็นผลลัพธ์ที่ดีในด้านกำลังการประมวลผล, ความร้อน และประสิทธิภาพการใช้พลังงานจากชิป ARM ของ Apple Silicon และ Snapdragon X Elite จาก Qualcomm ทำให้ดูเหมือนว่าชิป ARM จะเป็นอนาคตของคอมพิวเตอร์แบบโน้ตบุ๊ก และ Handheld

แต่ชิป ARM จะประสบความสำเร็จขนาดไหน ? ก็ขึ้นอยู่การสนับสนุนจากนักพัฒนาซอฟต์แวร์ ที่จะต้องพัฒนา และปรับซอฟต์แวร์ให้เหมาะสมกับการทำงานบนสถาปัตยกรรม ARM

อย่างไรก็ตาม ถึงจะเป็นเช่นนั้น ก็ไม่ได้หมายความว่าชิป ARM จะดีกว่า Intel โดยสมบูรณ์ เพราะแม้ว่า ARM อาจมีข้อได้เปรียบมากกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานบนโน้ตบุ๊ก แต่ x86 ยังคงมีประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดีกว่า และยังมีการสนับสนุนนักพัฒนามาหลายทศวรรษ

เนื่องจากคนทั่วไปให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพเป็นหลัก และบนคอมพิวเตอร์แบบ Desktop ไม่จำเป็นต้องให้ความสำคัญกับการประหยัดพลังงาน และมีระบบระบายความร้อนที่ดีกว่าในโน้ตบุ๊กด้วย ทำให้สถาปัตยกรรม x86 ยังไงก็ยังเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า ARM อยู่ดี

ดังนั้น ถ้าถามว่าชิปตัวไหนดีกว่า ? จึงยากที่จะบอกได้อย่างชัดเจน เนื่องจากมีตัวแปรหลายอย่างที่ต้องพิจารณา ถ้าให้สรุปจากสถานการณ์ของเทคโนโลยีในตอนนี้ เรามองว่า หากคุณกำลังมองหาโน้ตบุ๊กที่มีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนาน ไม่ต้องพกสายชาร์จติดตัวตลอดเวลา รุ่นที่ใช้ชิป ARM ก็ตอบโจทย์กว่า แต่ถ้าชอบเล่นเกม ยังไงในตอนนี้ก็ต้องเลือก x86