Trải nghiệm giả lập Pentium II 600MHz và Voodoo 3 mượt mà trên Mac Mini M6

Tại sao 86Box lại quan tâm đến một nhân

86Box giả lập một chiếc PC cũ ở cấp độ phần cứng. Thời gian CPU, hành vi chipset, bus ISA và PCI, chipset đồ họa, thiết bị âm thanh và bộ điều khiển đĩa đều quan trọng để phần mềm thời kỳ đó hoạt động bình thường. Điều đó không đảm bảo hiệu năng giống hệt phần cứng gốc, như kết quả Cinebench dưới đây minh họa. Thẳng thắn mà nói, dự án này rất hấp dẫn và nỗ lực của họ khiến tôi kinh ngạc, nhưng độ chính xác đó rất đắt đỏ và gần như toàn bộ chi phí đều đổ dồn vào một luồng (thread) duy nhất của máy chủ.

Hệ quả thực tế khá đơn giản là số lượng nhân hầu như không quan trọng ở đây. Điều thực sự quan trọng là một nhân có thể chạy nhanh đến mức nào và duy trì tốc độ đó trong bao lâu mà không bị giảm xung (throttling). May mắn thay cho chiếc Mac Mini ở đây, đó chính là điểm mạnh nhất của Apple Silicon và là nơi M6 tỏa sáng.

Các cỗ máy

Mọi bài kiểm tra 86Box đều sử dụng cùng một cấu hình máy, cùng một tệp ảnh đĩa và phần cứng giả lập. Tập hợp so sánh bao gồm:

• Mac Mini M6 (CPU 12 nhân, 24GB, thiết bị đánh giá này)
• Mac Mini M4 (CPU 10 nhân cơ bản, 16GB)

Việc thử nghiệm sử dụng bản dựng đã sửa đổi một chút của 86Box 6.0, phát hành ngày 31 tháng 5 năm 2026. Nhóm đã cải thiện hiệu suất giả lập CPU trên các máy chủ ARM và thêm bộ biên dịch just-in-time ARM64 cho đồ họa Voodoo. Thay đổi thứ hai đặc biệt liên quan ở đây, vì máy Windows 98 đang chạy giả lập Voodoo 3. Một phần công lao chắc chắn thuộc về phần mềm, Apple Silicon có các nhân nhanh, nhưng 86Box cũng đang ngày càng tối ưu hóa việc sử dụng chúng tốt hơn.

Tôi chưa đo lường mức tăng hiệu năng từ phiên bản 86Box cũ hơn, vì đây là bài đánh giá M6 chứ không phải 86Box.

Tại sao 100% là con số duy nhất có thể chấp nhận được

86Box báo cáo tốc độ giả lập hiệu dụng dưới dạng phần trăm so với tốc độ mục tiêu. 100% có nghĩa là máy chủ đang theo kịp mô hình thời gian của trình giả lập, vì vậy bất kỳ con số nào thấp hơn đều là vấn đề thực sự. Nó không đảm bảo rằng một bài benchmark sẽ đạt điểm chính xác như trên CPU vật lý ở cùng mức xung nhịp.

Tính nhất quán cũng quan trọng hơn mức trung bình ở đây. Ngay cả những lần sụt giảm ngắn cũng tạo ra các hiện tượng âm thanh lạ vì phần cứng âm thanh được cung cấp dữ liệu theo thời gian thực và các bộ đệm bị thiếu hụt sẽ nghe như những đoạn ngắt quãng ngắn gây khó chịu. Về cơ bản, bất kỳ thiết lập 86Box nào thường xuyên giảm xuống dưới 100% sẽ không mang lại cảm giác ổn định, và việc có đủ khoảng trống trên hệ thống để giả lập thoải mái tốc độ mục tiêu sẽ mang lại trải nghiệm ổn định hơn nhiều.

Kết quả là điều này biến mỗi máy chủ thành một giới hạn thay vì một điểm số, và đối với bất kỳ cấu hình giả lập nào, luôn có một mức xung nhịp CPU tối đa mà máy chủ có thể duy trì ổn định ở mức 100%. Vì gần như toàn bộ công việc đó đổ dồn vào một luồng, hiệu năng đơn nhân sẽ làm thay đổi giới hạn này đáng kể, đó chính là lý do tại sao M6 lại thú vị trong trường hợp này.

Phương pháp thử nghiệm

Để tìm ra giới hạn, tôi đã tạo một bản dựng tùy chỉnh từ cùng một commit với bản phát hành 6.0 (bản dựng 9001), mở rộng các bảng tần số theo bước nhảy 50MHz lên đến 800MHz. Bản vá bảng tần số Deschutes có sẵn nếu bạn muốn tự mình thử nghiệm với bản phát hành đó. Nó bổ sung các mục 500–800MHz với thời gian bộ nhớ và bộ nhớ đệm được điều chỉnh để giữ độ trễ truy cập tương đương, đồng thời giữ bus AT ở mức 8.33MHz. Mã giả lập không thay đổi. Cả hai máy Mac đều sử dụng bản dựng này cho các bài kiểm tra mở rộng.

Một số người có thể lập luận rằng Pentium II ở những tốc độ này không phù hợp với thời đại. Tôi cho rằng đó chỉ là một chút ép xung!

Máy giả lập được cố định trong mọi lần chạy:

• Bo mạch chủ Slot 1 với Pentium II (Deschutes), xung nhịp thay đổi theo từng lần chạy
• 256MB bộ nhớ
• VGA giả lập Voodoo 3 với 16MB bộ nhớ video (2 luồng)
• Windows 98 SE

Tải công việc được cố tình thiết lập hơi khó khăn: Cinebench 2000 chạy bài kiểm tra CPU trong khi Winamp 2.76 phát tệp PCM WAV 16-bit 44.100Hz ở chế độ nền. Âm thanh đóng vai trò như một "mỏ neo" vì nó tiêu thụ tài nguyên phần cứng giả lập theo thời gian thực, vì vậy bất kỳ khoảnh khắc nào bị chậm lại đều có thể nghe thấy ngay lập tức.

Điều kiện vượt qua cuối cùng mang tính chủ quan nhưng nghiêm ngặt. Nếu tôi nghe thấy tiếng ngắt quãng, hoặc tốc độ giả lập báo cáo giảm xuống dưới 100% tại bất kỳ thời điểm nào, lần chạy đó sẽ thất bại.

Kết quả

Mac Mini M4 cơ bản duy trì được 500MHz, với cả hai máy Mac cực kỳ ổn định trong suốt các bài chạy Cinebench 2000 và 3DMark 2000 SE ở tốc độ đó. Ở mức 550MHz, M4 bắt đầu khựng lại. Đó là những gián đoạn nhỏ trong Cinebench, nhưng dễ nhận thấy hơn trong bản demo 3DMark, và đủ để làm thất bại bài kiểm tra.

M6 vượt qua mức 550MHz và 600MHz, điều này thật đáng kinh ngạc. Ở mức 600MHz, nó duy trì ổn định 100% trong cả hai lần chạy Cinebench 2000 và bản demo 3DMark 2000 SE, với bản demo sau kéo dài 7–8 phút thử nghiệm không gián đoạn. Điều đó làm cho mức xung nhịp cao nhất vượt qua bài kiểm tra cao hơn 20% so với M4 trong thiết lập này.

Điểm số CB2000, cho những ai quan tâm:

Cinebench 2000 theo xung nhịp Pentium II giả lập

Một lần chạy mỗi chu kỳ trên bản dựng tùy chỉnh 86Box 6.0. Để đạt yêu cầu, tốc độ giả lập phải duy trì ổn định ở mức 100% mà không có bất kỳ sự gián đoạn âm thanh nào trong suốt quá trình chạy. Di chuột qua kết quả để xem chi tiết.

Các điểm số này mô tả CPU được giả lập tại mỗi xung nhịp. Việc hoàn thành kết xuất (render) là chưa đủ để vượt qua bài kiểm tra; kết quả 10.08 CB tại 650MHz đã xuất hiện một hoặc hai lần bị gián đoạn âm thanh. Thực tế, tôi nghĩ mình có thể đã quá khắt khe với lần chạy đó, và các hoạt động nền có thể đã gây ra sự cố. Tuy nhiên, để tuân thủ đúng phương pháp luận, 600MHz là kết quả cuối cùng và vẫn còn một chút dư địa. Tùy chọn 800MHz được đưa ra để mở rộng phạm vi kiểm tra nhưng rõ ràng không phải là tốc độ mà cả hai máy Mac đều có thể duy trì.

Có một điểm thú vị khi so sánh các điểm số này với phần cứng thực tế. Một chủ đề trên diễn đàn Ars Technica tập hợp các kết quả Cinebench 2000 bao gồm các số liệu do người dùng báo cáo dưới đây:

Phần cứng cùng thời, điểm số Cinebench 2000 do người dùng báo cáo

Kết quả do người dùng báo cáo từ chủ đề Cinebench 2000 trên diễn đàn Ars Technica. Do khác biệt về hệ thống, bộ nhớ và hệ điều hành, đây chỉ là thông tin tham khảo về bối cảnh thời đó thay vì một phép so sánh có kiểm soát.

Pentium II 450MHz giả lập của chúng tôi đạt 7.02 CB, cao hơn khoảng 61% so với kết quả của PII 450MHz vật lý. Ở mức 300MHz, khoảng cách thậm chí còn lớn hơn, với 4.62 CB so với 2.38 CB. Kỳ lạ thay, kết quả 600MHz đạt 9.28 CB của chúng tôi lại gần như tương đương với chiếc Coppermine 800MHz đó. Đây là các bài đăng riêng lẻ từ những hệ thống khác nhau trên diễn đàn, vì vậy chúng chỉ cung cấp bối cảnh thời kỳ thay vì một phép so sánh có kiểm soát, nhưng sự chênh lệch là rất đáng kể. Cũng cần lưu ý rằng phiên bản benchmark này đã rất cũ và ra đời từ rất lâu trước khi nó trở thành công cụ đo hiệu năng phổ biến như hiện nay.

Tôi vẫn chưa biết lý do tại sao, có khả năng băng thông bộ nhớ và thời gian trễ bộ nhớ đệm (cache timing) trong máy giả lập có liên quan đến vấn đề này. Có một số thông tin lịch sử liên quan trong ghi chú phát hành v3.0 của 86Box, giải thích rằng việc giả lập P6 không hoàn toàn chính xác do sự phức tạp của cơ chế thực thi lệnh không theo thứ tự (out-of-order execution) và hành vi của bộ nhớ đệm L2. Các thông số thời gian của Deschutes đã được tinh chỉnh để đạt kết quả gần sát với phần cứng thực tế. Nhưng quả thực, tôi không chắc chắn.

Sự chênh lệch đã xuất hiện ngay ở mức 300MHz và 450MHz, thấp hơn các mục được thêm vào bởi bản vá của tôi. Đối với bài đánh giá này, 600MHz vẫn là thiết lập cao nhất vượt qua bài kiểm tra trong cấu hình 86Box này, với xung nhịp ổn định cao hơn 20% so với M4. Điểm số CB2000 hữu ích để cho thấy cấu hình đó mở rộng hiệu năng như thế nào, nhưng tôi sẽ không sử dụng chúng để khẳng định hiệu năng tương đương trên các phần mềm chạy trên Pentium II hoặc Pentium III thực tế.

Ngay cả mức 500MHz của M4 cũng rất đáng chú ý khi đặt cạnh bản demo ép xung 9950X3D mà tôi đã sử dụng để làm bối cảnh. Tôi không có kết quả chạy x86 tương ứng trên bản dựng tùy chỉnh này, nhưng bản thân M4 cơ bản đã là một cỗ máy retro có năng lực hơn nhiều so với giới hạn 450MHz ban đầu mà tôi từng thiết lập.

Video bên dưới được quay từ lần chạy 450MHz trước đó trên M6, khi OBS cũng đang thực hiện tổng hợp và mã hóa 720p30 H.264. Nó ghi lại lần chạy đó thay vì kết quả 600MHz mới.

Bài gốc còn tiếp — xem tiếp tại bài gốc ↗