Cách Intel trở thành nhà sản xuất chip lớn nhất thế giới: Sự phát triển của công nghệ sản xuất và thiết kế chip

Intel là một tập đoàn đa quốc gia đã thống trị thị trường thiết kế và sản xuất chip trong nhiều thập kỷ. Là công ty dẫn đầu trong ngành, công ty đã đạt được các hợp đồng và quan hệ đối tác cao cấp với các tập đoàn lớn liên quan đến sản xuất và lắp ráp hệ thống máy tính. Nhưng tại sao Intel lại trở thành công ty thống trị trong lĩnh vực kinh doanh thiết kế chipset, còn các công ty cùng lĩnh vực thì sao? Tại sao Intel lại thiếu sự cạnh tranh và điều gì đã khiến đối thủ cạnh tranh nổi bật của họ là ARM nắm giữ trong bóng tối mặc dù có một thị trường quy mô lớn? Hãy xem điều gì đã tạo nên lập trường mạnh mẽ hiện tại của Intel và tại sao những thông báo mới nhất của họ về các dự án kinh doanh trong tương lai sẽ đánh dấu một thành công khác cho công ty.

Bước đầu tiên hướng tới sự phát triển: Intel ra mắt 4004

Nếu chúng ta bắt đầu tìm hiểu về cách mà các bộ xử lý như chúng ta biết đến sự tồn tại của chúng, thì chúng ta sẽ phải quay ngược thời gian về quá trình khám phá ra Silicon. Các bộ xử lý ban đầu đã phát triển thành một con chip thông qua một quá trình thời gian từ các công tắc và cổng, theo đề xuất của Nikola Tesla và các bóng bán dẫn được phát minh tại Bell Labs vào những năm bốn mươi. Mặc dù sự phát triển có thể có từ trước, nhưng đối với thế hệ hiện đại, bộ vi xử lý luôn được định nghĩa bằng cái tên Intel.

Nguồn hình ảnh: Intel

Sau khi thành lập vào năm 1968, Intel đã phát triển các bộ vi xử lý theo đơn đặt hàng cho các tập đoàn lớn và một đơn đặt hàng như vậy là từ Tập đoàn Busicom của Nhật Bản, người đã yêu cầu Intel xây dựng cho họ một lô hàng bộ vi xử lý tùy chỉnh, được tích hợp hoàn toàn vào một bộ vi xử lý nhỏ duy nhất. Chip. Intel đã làm điều đó với sự giúp đỡ của nhà vật lý Federico Faggin. Khi Intel 4004 mới hoạt động với đầy đủ chức năng trong môi trường thử nghiệm, Intel cuối cùng đã tung ra nó như một phần công nghệ có sẵn trên thị trường. Điều này không chỉ đánh dấu bước đột phá của Intel vào sản xuất chip cho máy tính cá nhân, mà còn bắt tay vào một loạt nghiên cứu và thử nghiệm để thay đổi và cuối cùng là thống trị trải nghiệm máy tính cá nhân của người dùng.

Kiến trúc x86: Sự thống trị của Intel đối với sản xuất và thiết kế chip

The Intel 4004 was followed by successors of its own until 1981. But before that, Intel registered a new success in chip design architecture, which at the time no one thought would become the base for the future of chip design and manufacturing technology for not only Intel but also the other potential competitors in this industry.

Image Source: Tech Radar

Mỗi CPU được thiết kế theo một ISA cụ thể, viết tắt của Instruction Set Architecture , về cơ bản nó ra lệnh cho CPU thực hiện công việc của nó. Các lệnh này, được viết bằng hợp ngữ sẽ chạy các mã toán học của CPU, do đó, kiểm soát việc hiểu lệnh, xử lý và thực thi cuối cùng của CPU. Kiến trúc x86 là một tập hợp các lệnh tương tự, lần đầu tiên được tìm thấy trong tất cả những điều này thông qua bộ vi xử lý 8086 của Intel vào năm 1978. Về mặt kỹ thuật, kiến ​​trúc x86 được gọi là kiến trúc CISC (Tính toán bộ hướng dẫn phức hợp).Nói cách đơn giản, CISC được tạo ra để thực hiện các lệnh phức tạp trên máy tính bằng cách làm cho bộ xử lý đủ khả năng để hiểu nhiều lệnh hoạt động như một khe dữ liệu duy nhất. Điều này cho phép hệ thống máy tính chạy các ứng dụng và phần mềm cần nhiều bộ nhớ hơn để chạy.

Thành công của kiến ​​trúc x86: Intel đánh bại Motorola để trở thành tiêu chuẩn công nghiệp

Nguồn ảnh: Wccftech

Tên “x86” có nguồn gốc từ dòng vi xử lý ban đầu mà Intel tung ra với hậu tố “86” như 8086, 80186 và 80286. Sau đó, Intel đã bị cạnh tranh trên thị trường bởi loạt vi xử lý 68000 của Motorola , được chọn cho Apple Macintosh . Tuy nhiên, khả năng tương thích ngược của x86 đối với các thiết bị cũ hơn và mới hơn đã giúp Intel dễ dàng duy trì thị trường hơn. Hơn nữa, sự thất bại của Macintosh dẫn đến việc Motorola không đủ năng lực để cung cấp bộ vi xử lý của họ với số lượng lớn cho IBM , người sau này đã quyết định hợp tác kinh doanh với Intel. Và đó là nơi x86 trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp, thúc đẩy những người khác dựa trên tập hợp kiến ​​trúc và hướng dẫn vi mạch nhân bản của họ.

AMD: Đối thủ đầu tiên

AMD, viết tắt của Advanced Micro Devices Inc.được thành lập cùng thời gian Intel được thành lập. AMD, giống như Intel được đồng sáng lập bởi những nhân viên cũ của cùng một công ty có tên Fairchild Semiconductors. AMD khởi đầu là nhà cung cấp thứ hai cho Fairchild và sau đó cũng liên doanh với tập đoàn Siemens của Đức. Nhưng AMD đã tạo ra một bước đột phá khi Intel cung cấp cho AMD cơ sở dữ liệu về kiến ​​trúc x86 của hãng. Khi IBM tiến tới với Intel, họ đã đưa ra một điều kiện trong hợp đồng rằng Intel sẽ phải cung cấp cho IBM một nhà sản xuất nguồn thứ hai cho các bộ xử lý dựa trên x86 của họ và AMD đã nhận thầu. Điều này dẫn đến mối quan hệ hợp tác kéo dài 10 năm giữa AMD và Intel. Trong giai đoạn này, AMD vẫn là nhà cung cấp nguồn thứ hai cho bộ vi xử lý x86 sau Intel và trong năm năm tiếp theo, đã tung ra bộ vi xử lý của riêng mình sao chép từ kiến ​​trúc x86, do đó,

Trong bối cảnh hiện tại, AMD là đối thủ cạnh tranh duy nhất với Intel trong ngành thiết kế chip. Tuy nhiên, Intel có quy trình sản xuất nội bộ, cho phép họ đảm bảo vật liệu chất lượng tốt hơn trong bộ vi xử lý của mình. Mặt khác, AMD vẫn đang gia công bên ngoài và đang giải quyết các vấn đề về hệ thống sưởi. Tuy nhiên, kiến ​​trúc chip Ryzen mới của AMD đã chứng tỏ sự thành công và vượt trội so với Intel trên thị trường ở một số cấp độ nhất định. Tuy nhiên, Intel vẫn thống trị mảng PC và máy chủ trong ngành công nghiệp chip.

ARM Holdings: Một khám phá mới

ARM Holdings trước đó được gọi là Acorn Computers, nơi một số kỹ sư từ Cambridge đã phát hiện ra một chip xử lý tiết kiệm điện năng. Sự khác biệt là chip này được thiết kế trên một kiến ​​trúc hoàn toàn khác có tên là RISC (Tính toán đặt lệnh giảm). Không giống như CISC, kiến ​​trúc này có khả năng xử lý tất cả các tính toán cho CPU trong các gói dữ liệu đơn lẻ, cho phép máy tính xử lý các vấn đề cơ bản trong lưu trữ. Nhưng có một cơ hội. Mặc dù các chip dựa trên RISC có thể nhận tất cả các loại lệnh CPU trong bộ nhớ riêng biệt, nhưng kiến ​​trúc như vậy sẽ không thể thực hiện các tác vụ hệ thống máy tính quy mô lớn và sẽ không thể chạy phần mềm yêu cầu nhiều bộ nhớ hơn. Điều này là do bộ nhớ sẽ được sử dụng bởi dữ liệu lệnh với số lượng tương đối lớn. Ngay cả khi một con chip được thiết kế có khả năng chạy một máy chủ hoặc hệ thống có bộ nhớ lớn hơn, nó sẽ không hiệu quả về mặt chi phí và thậm chí sẽ phải đối mặt với các vấn đề về nhiệt độ và hư hỏng nghiêm trọng.

Nguồn hình ảnh: Macmint

Nhưng, có một lợi thế. Các chip RISC mới có thể chạy với ít năng lượng hơn và thậm chí có khả năng sử dụng năng lượng của các thành phần dư gần đó. Điều này khiến những con chip này trở thành cơ hội thành công tốt nhất cho các thiết bị di động, và điều này dẫn đến một thỏa thuận giữa Acorn và Apple cho các thiết bị Newton của Apple. Newton đã thất bại, nhưng từ đó nhận ra rằng có một bộ xử lý có thể chạy trên các thiết bị di động. Tên ARMđược thành lập vào năm 1998 IPO của công ty, và kể từ đó ARM đã mua lại hơn 20 tập đoàn tham gia vào bất kỳ loại hình kinh doanh nghiên cứu và phát triển chất bán dẫn nào. Công ty đã đầu tư rất nhiều vào nghiên cứu kể từ đó và đã trở thành nguồn gốc của kiến ​​trúc của nhiều bộ vi xử lý chạy trên điện thoại thông minh hiện đại của các thương hiệu như Samsung và Apple. Vì vậy, nếu bất cứ lúc nào bạn nghe thấy Qualcomm hoặc Cortex, hãy biết rằng ARM có liên quan đến nền tảng.

Vì vậy, tại sao không ai từng nghe nói về ARM?

ARM là một trong những tập đoàn thành công nhất của Anh. Nhưng lý do mà không ai thực sự biết về công ty là nó không bao giờ thiết kế hoặc sản xuất chip với tên riêng của mình. ARM là một tổ chức chuyên nghiên cứu đã phát triển, nâng cấp và cải tiến kiến ​​trúc chipset của mình. Để đổi lấy nghiên cứu và kiến ​​trúc này, ARM tính phí giấy phép sử dụng tài sản trí tuệ của các nhà thiết kế và nhà sản xuất, đồng thời tính phí bản quyền cho mọi chipset được bán trên điện thoại thông minh của họ. Các chipset tiết kiệm năng lượng đã được chứng minh là thành công cho điện thoại thông minh và đã được chứng minh hiệu quả trong việc chạy các thiết bị di động cao cấp, chạy các ứng dụng kích thước nhỏ.

Tuy nhiên, ARM hiện phải đối mặt với một vấn đề cạnh tranh lớn trong tương lai. Nhiều công ty hiện đã bắt đầu sản xuất CPU và GPU của riêng họ. Qualcomm là một trong những ví dụ như vậy. Những người khác cũng đang cố gắng làm điều đó. Samsung cũng đang cố gắng tạo ra một thiết kế chip hiệu quả; tuy nhiên, ngoài Qualcomm, không có công ty nào khác đạt được thành công đáng kể. Trong khi đó, ARM đã là nhà cấp phép cho các nhà sản xuất điện thoại thông minh khác như Huawei, LG, Apple và Samsung và họ tiếp tục cung cấp cho họ các thiết kế kiến ​​trúc.

Giữa những diễn biến gần đây trong thỏa thuận giữa Qualcomm và Apple và lệnh cấm mới nhất của Huawei , các nhà sản xuất điện thoại thông minh đang hướng tới khả năng tự cung tự cấp. Liệu mô hình kinh doanh của ARM có phát triển mạnh trong tương lai nếu chỉ phụ thuộc vào tiền bản quyền trên giấy phép kiến ​​trúc?

ARM sẽ tiếp quản Intel?

Intel đã phải đối mặt với những thăng trầm nhất định trong lĩnh vực kinh doanh thiết kế chip của mình, nhưng gần như không thể hạ gục Intel đối với đối tác Anh. Mặc dù ARM nắm giữ phần lớn thị trường điện thoại thông minh, nhưng Intel và kiến ​​trúc x86 lại sở hữu máy tính để bàn, máy chủ và các thiết bị truyền thông quy mô lớn khác. Như đã nói trước đó, kiến ​​trúc RISC của ARM không thể nhân bản một máy chủ kiểu CISC hiệu quả. RISC luôn dành cho chip thiết bị di động và ARM cho đến nay vẫn chưa có tiến bộ đáng kể nào trong lĩnh vực máy tính xách tay và máy chủ của ngành công nghiệp chip. Hơn nữa, Intel có mối quan hệ lâu dài với IBM, điều này khiến Intel có lợi nhuận cao hơn so với ARM. Hơn nữa, Intel cũng có lợi thế về thương hiệu, đây là một vấn đề lớn trong lĩnh vực kinh doanh dựa trên tiếp thị.

Các chương trình hợp tác của Intel với các công ty khác cũng đang leo thang. Sự kiện quan trọng mới nhất của Intel giới thiệu mối quan hệ hợp tác với các công ty như HP, DELL và Acer để tạo ra máy tính xách tay hiệu quả cho người sáng tạo nội dung, cũng như quan hệ đối tác với Alienware để tạo ra máy tính xách tay tương thích với chơi game. Hơn nữa, Intel gần đây đã công bố bộ vi xử lý Ice Lake mới cùng với kế hoạch tung ra máy tính xách tay Athena có tầm nhìn xa.Mặt khác, ARM đã không nêu bật hoặc công bố bất kỳ sự phát triển hoặc đa dạng hóa quy mô lớn nào liên quan đến phần thiết kế chip của họ. Với thực tế này, bộ vi xử lý Core 10 mới của Intel sẽ là một bước đột phá khác trong ngành công nghiệp chip, đặc biệt là trong lĩnh vực tập trung vào cấp nguồn cho máy tính để bàn và máy chủ. Với việc Softbank mua lại ARM gần đây, vẫn chưa rõ hoạt động kinh doanh thiết kế chipset của ARM sẽ dẫn đến đâu xa hơn.

Không thể nói rằng ARM đã biến mất hay Intel có tỷ lệ thành công là 100%. Trong khi ARM vẫn dẫn đầu về thiết kế chip dựa trên điện thoại thông minh, Intel đã phải vật lộn để đạt được lợi nhuận bền vững. Điều này có nghĩa là cả hai công ty đang ở trong trạng thái hỗn hợp về doanh thu và thị phần. Nhưng khi chúng ta nói về các con số, các mối quan hệ đối tác đa quốc gia của Intel và đầu tư vào các dự án mới mang lại doanh thu tương đối cao hơn. Intel có thể không độc quyền trên thị trường, việc tập trung vào các thiết kế chipset chất lượng luôn hướng đến người tiêu dùng và thương hiệu lâu dài có khả năng sẽ duy trì điều đó trong tương lai. Ngược lại, sự phụ thuộc liên tục của ARM vào tiền bản quyền giấy phép cần phải thay đổi để duy trì một tương lai có lãi trong bối cảnh cạnh tranh không thể tránh khỏi.