Как Intel стала крупнейшим производителем микросхем в мире: эволюция дизайна микросхем и технологий производства

Intel - многонациональная корпорация, которая десятилетиями доминировала на рынке разработки и производства микросхем. Являясь лидером отрасли, компания заключила важные сделки и установила партнерские отношения с крупными корпорациями, занимающимися производством и сборкой компьютерных систем. Но почему Intel стала доминирующим игроком в сфере разработки чипсетов и как насчет компаний того же сектора? Почему Intel не хватает конкуренции и что держит в неведении ее крупнейшего конкурента ARM, несмотря на наличие крупного рынка? Давайте посмотрим, что принесло Intel нынешнюю мощную позицию и почему ее последние объявления о будущих предприятиях ознаменуют еще один успех для компании.

Первый шаг к эволюции: Intel представляет 4004

Если бы мы начали размышлять о том, как возникли известные нам процессоры, нам пришлось бы вернуться на много веков назад к открытию кремния. Изначально процессоры превратились в микросхемы с течением времени из переключателей и вентилей, как было предложено Николой Тесла, и транзисторов, изобретенных в Bell Labs в сороковых годах. Хотя эволюция может начаться в далеком прошлом, но для современного поколения процессоры всегда определялись именем Intel.

Источник изображения: Intel

После своего основания в 1968 году Intel занималась разработкой процессоров на основе заказа для крупных корпораций, и один из таких заказов был получен от японской Busicom Corp., которая попросила Intel изготовить для них партию нестандартных микропроцессоров, которые были полностью интегрированы в один маленький чип. Intel сделала это с помощью физика Федерико Фаггина. Поскольку новый Intel 4004 работал с полной функциональностью в тестовых средах, Intel наконец выпустила его как коммерчески доступную технологию. Это ознаменовало не только набег Intel на производство микросхем для отдельных компьютеров, но также начало серии исследований и экспериментов, направленных на изменение и, в конечном итоге, на доминирование пользовательского опыта работы с персональными компьютерами.

Архитектура x86: доминирование Intel над производством и дизайном микросхем

За Intel 4004 последовали собственные преемники до 1981 года. Но до этого Intel добилась нового успеха в архитектуре проектирования микросхем, которая в то время, как никто не думал, станет основой для будущего проектирования микросхем и технологий производства не только для Intel, а также другие потенциальные конкуренты в этой отрасли.

Источник изображения: Tech Radar

Каждый ЦП разработан для определенного ISA, что означает « Архитектура набора команд» , которая в основном сообщает ЦП выполнять свою работу. Эти инструкции, написанные на языке ассемблера, запускают математические коды ЦП, поэтому контролируют понимание команд ЦП, обработку и окончательное выполнение. Архитектура x86 представляла собой аналогичный набор инструкций, который впервые вошел во все это через процессоры Intel 8086 в 1978 году. Архитектура x86 технически называется архитектурой CISC (Computing Set Instruction Set Computing).Проще говоря, CISC предназначен для выполнения сложных команд на компьютере, делая процессоры достаточно способными для восприятия нескольких рабочих инструкций как одного слота данных. Это позволяет компьютерной системе запускать приложения и программное обеспечение, для работы которых требуется больше памяти.

Успех архитектуры x86: Intel превзошла Motorola и стала отраслевым стандартом

Источник изображения: Wccftech

Название «x86» произошло от начальной линейки процессоров, выпущенных Intel с суффиксом «86», таких как 8086, 80186 и 80286. Затем Intel на рынке конкурировала с процессорами Motorola серии 68000 , которые были выбраны для Apple Macintosh. . Однако обратная совместимость x86 для старых и новых устройств облегчила Intel оставаться на рынке. Более того, неудача Macintosh привела к неспособности Motorola поставлять свои процессоры в больших количествах тогдашнему лидеру отрасли IBM , который позже решил продолжить бизнес с Intel. И именно здесь x86 стал отраслевым стандартом, подтолкнув других основывать свой клонированный набор архитектуры микросхем и инструкций на том же самом.

AMD: первый конкурент

AMD, сокращение от Advanced Micro Devices Inc.была основана в то же время, когда была основана Intel. AMD, как и Intel, была соучредителем бывших сотрудников той же компании Fairchild Semiconductors. AMD начинала как второй поставщик для самой Fairchild, а затем создала совместное предприятие с немецким конгломератом Siemens. Но AMD совершила прорыв, когда Intel предоставила AMD базы данных своей архитектуры x86. Когда IBM продвинулась вперед с Intel, она поставила условие в контракте, что Intel должна будет предоставить IBM второго производителя для своих процессоров на базе x86, и AMD получила заявку. Это привело к десятилетнему партнерству между AMD и Intel. В этот период AMD оставалась вторым поставщиком процессоров x86 после Intel, а в следующие пять лет запустила собственные процессоры, клонированные из архитектуры x86, таким образом,

В текущем сценарии AMD является единственным конкурентом Intel в области разработки микросхем. Однако у Intel есть собственный производственный процесс, который позволяет использовать в своих процессорах материалы более высокого качества. С другой стороны, AMD по-прежнему привлекает производство и занимается проблемами нагрева. Однако новая архитектура чипа AMD Ryzen оказалась успешной и на определенных уровнях превзошла Intel на рынке. Но Intel по-прежнему доминирует в сегменте ПК и серверов в индустрии микросхем.

ARM Holdings: новое открытие

ARM Holdings ранее назывался Acorn Computers, где несколько инженеров из Кембриджа обнаружили энергоэффективный процессор. Разница заключалась в том, что этот чип был разработан на совершенно другой архитектуре, получившей название RISC (сокращенные инструкции Set Computing).. В отличие от CISC, эта архитектура была способна обрабатывать все вычисления для ЦП в отдельных пакетах данных, позволяя компьютеру также решать основные проблемы в хранилище. Но есть загвоздка. Хотя чипы на основе RISC могут принимать все виды команд ЦП в хранилище по отдельности, такая архитектура не сможет выполнять крупномасштабные задачи компьютерной системы и не сможет запускать программное обеспечение, требующее больше памяти. Это связано с тем, что память будет использоваться данными инструкций в сравнительно большом количестве. Даже если микросхема предназначена для работы с сервером или системой с большей памятью, она не будет рентабельной и даже столкнется с серьезными задержками и проблемами нагрева и повреждения.

Источник изображения: Macmint

Но было одно преимущество. Новые чипы RISC могли работать с меньшим энергопотреблением и даже использовать энергию близлежащих остаточных компонентов. Это сделало эти чипы лучшим шансом на успех для портативных устройств, и это привело к сделке между Acorn и Apple по поводу устройств Newton от Apple. Ньютон потерпел неудачу, но пошли слухи, что есть процессор, который может работать на портативных устройствах. Имя ARMбыла проведена IPO в 1998 году, и с тех пор ARM приобрела более двадцати корпораций, занимающихся любыми видами исследований и разработок в области полупроводников. С тех пор компания вложила значительные средства в исследования и стала источником архитектуры множества процессоров, на которых работают современные смартфоны таких брендов, как Samsung и Apple. Итак, если вы когда-нибудь слышите Qualcomm или Cortex, знайте, что ARM задействована в фоновом режиме.

Итак, почему никто никогда не слышал об ARM?

ARM - одна из самых успешных британских корпораций. Но причина того, что никто на самом деле не знает о компании, заключается в том, что она никогда не разрабатывает и не производит чипы от своего имени. ARM - это исследовательская организация, которая развивала, модернизировала и улучшала архитектуру своего набора микросхем. В обмен на это исследование и архитектуру ARM взимает с дизайнеров и производителей лицензионный сбор за использование своей интеллектуальной собственности, а также взимает роялти за каждый чипсет, продаваемый в их смартфонах. Энергоэффективные наборы микросхем оказались успешными для смартфонов и доказали свою эффективность в работе высокопроизводительных портативных устройств, на которых выполняются небольшие приложения.

Но сейчас ARM стоит перед серьезной проблемой конкуренции в будущем. Многие компании начали производить собственные процессоры и графические процессоры. Qualcomm - один из таких примеров. Другие тоже пытаются это сделать. Samsung также пытается создать эффективный дизайн микросхемы; однако, кроме Qualcomm, ни одна другая компания не показала значительных успехов. Между тем, ARM была лицензиатом других производителей смартфонов, таких как Huawei, LG, Apple и Samsung, и продолжает предоставлять им архитектурные проекты.

На фоне недавних событий в урегулировании споров Qualcomm и Apple и недавнего запрета Huawei производители смартфонов стремятся к самоокупаемости. Будет ли бизнес-модель ARM процветать в будущем, если она будет зависеть от лицензионных отчислений за архитектурные лицензии?

Сможет ли ARM когда-нибудь захватить Intel?

Intel столкнулась с определенными взлетами и падениями в своем бизнесе по разработке микросхем, но победить Intel в пользу ее британского аналога практически невозможно. Хотя ARM контролирует большую часть рынка смартфонов, Intel и ее архитектура x86 владеют настольными компьютерами, серверами и другим крупномасштабным коммуникационным оборудованием. Как было сказано ранее, архитектура ARM RISC далека от клонирования эффективного сервера типа CISC. RISC всегда предназначался для микросхем портативных устройств, а ARM пока не добилась значительного прогресса в области ноутбуков и серверов в отрасли микросхем. Более того, Intel имеет давние отношения с IBM, что ставит Intel в более выгодное положение по сравнению с ARM. Более того, у Intel также есть преимущество в виде торговой марки, что имеет большое значение для бизнеса, ориентированного на маркетинг.

Партнерские программы Intel с другими компаниями также расширяются. На последнем программном мероприятии Intel продемонстрировала свое партнерство с такими компаниями, как HP, DELL и Acer, для создания эффективных ноутбуков для создателей контента, а также партнерство с Alienware для создания ноутбуков, совместимых с играми. Кроме того, Intel недавно анонсировала свои новые процессоры Ice Lake вместе с планами по выпуску своих дальновидных ноутбуков Athena.С другой стороны, ARM не выделяла и не объявила о каких-либо крупномасштабных разработках или диверсификации в области проектирования микросхем. Учитывая этот факт, новые процессоры Intel Core 10 станут еще одной вмятиной в индустрии микросхем, особенно в разделе, посвященном питанию настольных компьютеров и серверов. С недавним приобретением ARM компанией Softbank неясно, в каком направлении будет развиваться бизнес по разработке чипсетов ARM.

Нельзя сказать, что ARM ушел или что Intel имеет 100% успех. В то время как ARM по-прежнему является лидером в разработке микросхем для смартфонов, Intel борется за стабильную прибыль. Это означает, что обе компании находятся в смешанном состоянии с точки зрения выручки и доли рынка. Но когда мы говорим о цифрах, многонациональные партнерства Intel и инвестиции в новые предприятия обеспечивают ее сравнительно более высокий доход. Intel может не иметь монополии на рынке, ее ориентация на качественные наборы микросхем всегда привлекала их потребителей, и долговечная торговая марка, вероятно, сохранит это в будущем. Напротив, постоянная зависимость ARM от лицензионных отчислений должна измениться, чтобы обеспечить прибыльное будущее в условиях неизбежной конкуренции.