Intel – đế chế Tick-tock

Thứ 6, ngày 24 tháng 7, 2020. Một ngày mà sẽ được nhớ đến như một trong những ngày đen tối nhất trong lịch sử Intel, gã khổng lồ huyền thoại của Thung lũng Silicon. Đêm trước đó, công ty vừa ra báo cáo quý với các chỉ số doanh thu vượt kì vọng, nhưng tất cả đều đã trở nên vô nghĩa khi Intel thông báo với các nhà đầu tư rằng tiến trình 7nm sẽ lại bì trì hoãn thêm 6 tháng, cho đến cuối 2022 hoặc đầu 2023. Tin tức động trời này khiến giá cổ phiếu Intel sụt giảm 17% và chỉ trong một tuần sau đó, kỹ sư trưởng của công ty Murthy Renduchintala bị buộc phải rời khỏi Intel [1]. Intel giờ đang cân nhắc điều mà đã từng bị xem là dị giáo – ngừng sản xuất chip.

Nói đến chip vi xử lý là nói đến Intel – nhà sản xuất chip bán dẫn lớn nhất thế giới [2][3]. Sau hơn 50 năm tồn tại, Intel đã thống trị thị trường sản xuất chip, sở hữu hơn 90% thị phần mảng chip CPU. Vậy thì làm sao mà gã khổng lồ này lại đánh mất vị thế của mình và bị bỏ lại đằng sau trong cuộc chạy đua công nghệ? Hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về lịch sử của Intel, về chặng đường mà đế chế này leo lên đỉnh quyền lực và làm thế nào mà đỉnh cao đó đang dần bị lung lay.

CPU ĐẦU TIÊN

INTegrated ELectronics (INTEL) được hình thành vào năm 1968 bởi 3 người đàn ông. Những người mà sau này sẽ trở thành tượng đài bất tử của Thung lũng Silicon: Gordon Moore – nhà tiên tri đã tiên đoán về tiến trình bán dẫn bằng định luật Moore, Robert Noyce – một trong những người sáng chế nên bóng bán dẫn (transistor) đầu tiên, và Andrew Grove – CEO vĩ đại nhất trong lịch sử Intel. Sau khi ba người rời khỏi Fairchild Semiconductor, Intel được thành lập và bản quyền tên công ty được mua lại từ một chuỗi kinh doanh khách sạn tên là Intelco với mức giá 15.000 USD.

Vào năm 1969, Nippon Calculating Machine Corporation tìm đến Intel để đặt hàng thiết kế chip cho sản phẩm máy tính in Busicom 141-PF* của họ. Intel đã thiết kế ra 1 hệ thống 4 con chip còn gọi là MCS-4. Hệ thống này gồm chip vi xử lý (CPU) chip—chip 4004—cộng thêm bộ nhớ chỉ đọc (ROM) cho các ứng dụng tùy chỉnh, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) để xử lý dữ liệu, và một con chip shift-register cho các cổng input/output (I/O). Vi xử lý Intel 4004 và hệ thống chipset này được phát hành vào ngày 15 tháng 11, 1971, trở thành con chip vi xử lý đầu tiên của nhân loại.

Con chip vi xử lý mang tính cách mạng này, kích cỡ hơn một chiếc móng tay, có sức mạnh tính toán ngang bằng với chiếc máy tính đầu tiên được xây dựng vào năm 1946, với kích cỡ bằng cả căn phòng. Đây là 1 con chip 4-bit chạy ở tần số 100kHz, sản xuất trên các tấm bán dẫn 2-inch so với các tấm bán dẫn ngày nay là 12-inch, với độ rộng mạch điện là 10 microns và chứa được 2,300 transistor. Intel 4004 trở thành chip vi xử lý đa dụng dầu tiên trên thị trường — một khối mạch mà các kĩ sư có thể sử dụng và tùy chỉnh với các phần mềm để con chip có thể thực hiện các thao tác khác nhau.

KỶ NGUYÊN 8-BIT

Vào tháng Tư năm 1972, Intel giới thiệu con chip vi xử lý 8 bit đầu tiên: Intel 8008. Con chip ban đầu được đặt hàng bởi Computer Terminal Corporation (CTC) để có thể ứng dụng 1 hệ thống tập lệnh được thiết kế bởi chính họ cho cổng lập trình Datapoint 2200. Tuy nhiên, CTC đã không thể hoàn tất phần thanh toán trong hợp đồng thiết kế và đã lên một hợp đồng nhượng quyền cho phép Intel thương mại hóa con chip này với các đối tác khác, cùng tập lệnh x86 của họ. Chính tập lệnh này là nền tảng của kiến trúc x86 lịch sử. Các vi xử lý x86 của Intel sử dụng kiến trúc tập lệnh phức hợp (complex-instruction-set-computer – CISC), nghĩa là mỗi một câu lệnh là phức tạp và có khả năng kích hoạt nhiều lệnh con nhỏ hơn.

Bước đột phá thực sự là vào tháng Tư năm 1974, khi mà Intel cho ra lò vi xử lý 8-bit thứ 2: Intel 8080. Đây là một trong những sản phẩm thành công nhất của Intel và thường được gọi với cái tên “vi xử lý khả dụng đầu tiên”. Các chip vi xử lý đời đầu thường được sử dụng cho máy tính cầm tay, máy tính tiền, robot công nghiệp…, trong khi với sự ra đời của vi xử lý 8080, ngày càng có nhiều ứng dụng sử dụng vi xử lý, điển hình là các hệ thống máy tính đa dụng. Con chip này sở hữu tần số tối đa là 2MHz, cho phép nó thực hiện hàng trăm nghìn câu lệnh mỗi giây.

Bên cạnh các vi xử lý siêu phẩm, Intel đồng thời cũng là công ty phát minh ra các sản phẩm bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) như là SRAM & DRAM. Trong cùng thời gian đó, các công ty khác như RCA, Honeywell, và Fairchild cũng đã ra mắt những sản phẩm vi xử lý của riêng mình, nhưng không ai trong số chúng có thể so sánh với Intel về độ tương thích và thân thiện với người dùng. Intel đảm bảo những sản phẩm của họ có thể được áp dụng một cách thuận tiện bởi các lập trình viên. Con chip Intel 8088, ra mắt vào năm 1979, được IBM lựa chọn để sử dụng trong chiếc máy tính cá nhân đầu tiên – chiếc IBM PC (vâng, chính IBM là người tạo ra thuật ngữ PC).

VI XỬ LÝ Pentium

Với việc giới thiệu các vi xử lý Pentium vào năm 1993, Intel đã từ bỏ lối đặt tên sản phẩm theo kiểu đánh số và bắt đầu áp dụng các nhãn hiệu. Pentium là con chip Intel đầu tiên sử dụng cho PC có ứng dụng xử lý siêu vô hướng (superscalar). Xử lý siêu vô hướng là khi hàng loạt các câu lệnh được tải cùng 1 lúc và, trong một mức độ tối đa có thể, tất cả được thực hiện cùng 1 thời điểm, làm tăng đáng kể tốc độ của vi xử lý. Kết hợp với hệ điều hành Windows 3.x, những con chip Pentium thần tốc đã giúp mở rộng thị trường PC.

Chiến lược kinh doanh của Intel dựa vào việc sản xuất ra những thế hệ chip mới với sức mạnh vượt trội so với chip cũ để thúc đẩy người tiêu dùng nâng cấp PC của mình. Mỗi sản phẩm mới ra mắt của Intel thường có số lượng transistor nhiều hơn đáng kể thế hệ trước đó. Con chip Pentium đầu tiên có 3.1 triệu transistor, so với con số 1.2 triệu của người tiền nhiệm, chip 80486. Chip Pentium II Klamath ra mắt 4 năm sau đó vào năm 1997, chứa tổng cộng 7.5 triệu transistor và được sản xuất trên tiến trình 350nm. Và vào ngày 26 tháng 2, 1999, Pentium III Katmai được giới thiệu với 9.5 triệu transistors trên một diện tích 128 mm^2, lọt thỏm trong lòng bàn tay. Intel đã tự tay hoàn thành lời tiên tri của chính nhà sáng lập của mình, ông Gordon Moore: nhân đôi số transistor trên cùng 1 diện tích mỗi chu kỳ 2 năm.

Vào những năm cuối của thế kỉ 20, Intel thường đạt mức tăng trưởng 20% hàng năm và liên tục phá đỉnh lợi nhuận. Vào năm 1991 Intel bắt đầu chiến dịch trợ giá thương mại với điều kiện đoạn quảng cáo có bao gồm nhãn hiệu “Intel inside”. Mặc dù chương trình này tiêu tốn của Intel hàng trăm triệu đô mỗi năm, nó đã mang đến hiệu quả mong muốn là biến Intel trở thành một thương hiệu hiển nhiên với người sử dụng. Ngoài ra, Microsoft đã từ lâu là một khách hàng quen thuộc với các sản phẩm của Intel và cấu trúc x86. Sự kết hợp giữa công nghệ Intel và phần mềm Microsoft – còn gọi là Wintel – tiếp tục bóp nghẹt tất cả sự cạnh tranh.

CHIẾN LƯỢC TICK-TOCK

Định luật Moore tiên định rằng khả năng xử lý của các con chip sẽ nhân đôi sau mỗi 2 năm. Nhưng còn một cách khác để tăng cường sức mạnh cho các vi xử lý, đấy là thiết kế sao cho chúng hoạt động hiệu quả hơn. Ý tưởng này dẫn đến một triết lý thiết kế mà Intel gọi là chiến lược Tick-tock. Nhịp tick biểu thị cho việc phát triển nên các phương pháp chế tạo transistor nhỏ hơn, hay còn là thu nhỏ con chip. Nhịp tock biểu thị cho việc tối đa hóa sức mạnh và tốc độ của con chip, hay còn là thiết kế thông minh hơn. 

Kể từ kiến trúc P6 (thế hệ CPU gắn liền với huyền thoại Pentium 4), Intel đã bắt đầu ứng dụng chiến lược này. Khởi nguồn từ P6 (tick – 65nm) tới Merom (tock – 65nm), Penryn (tick – 45nm) tới Nehalem (tock – 45nm) vào năm 2008, khởi nguồn của dòng Intel Core ix. Westmere (tick – 32nm) được giới thiệu vào năm 2010 và được tiếp nối bởi Sandy Bridge (tock – 32nm). Vào năm 2012, Ivy Bridge (tick – 22nm) được cho ra mắt và sau dó là Haswell (tock – 22nm). Broadwell (tick – 14nm) được công bố vào năm 2014 và một năm sau, vào năm 2015, chip Skylake (tock – 14nm) tiến ra thị trường. Một con Skylake i7 6700K có bộ vi xử lý chứa khoảng 1.75 tỷ transistor, một sự phát triển với tốc độ x100 khủng khiếp kể từ Pentium III chỉ mới 15 năm trước. Đáng buồn là, con chip này cũng đánh dấu thời điểm định luật Moore chậm lại và các quy tắc vật lý ngày càng có sức ảnh hưởng.

Intel nói lời tạm biệt với chiến lược tick-tock vào năm 2016 và chuyển sang một giải pháp 3 bước mới. “Tối ưu” được thêm vào như là bước thứ 3 trong mô hình mới của Intel bao gồm tiến trình-kiến trúc-tối ưu. Theo như Intel giải thích, mô hình tick-tock không còn bền vững về mặt kinh tế vì việc thu nhỏ các con chip ngày càng đắt đỏ [4]. Sản phẩm đầu tiên của giải pháp này là con chip Kaby Lake (tối ưu – 14nm) được ra mắt vào ngày 30 tháng 8 năm 2016.

GIẢM TỐC

Hàng loạt các vấn đề về tiến trình bán dẫn nổi lên khiến Intel không thể theo đuổi lộ trình sản phẩm của mình. Ngay sau Ngày họp đầu tư vào tháng 2, 2017, Intel gây chấn động khi tuyên bố sản phẩm tiếp theo của họ, Coffee Lake, sẽ được tiếp tục phát hành dựa trên tiến trình 14nm cũ (mà họ gọi là 14nm++). Đây sẽ là lần thứ 2 Intel áp dụng bước tối ưu sau người tiền nhiệm Kaby Lake, đẩy kế hoạch sản xuất đại trà 10nm lùi về xa hơn thời điểm dự tính ban đầu là 2016.

Vào năm 2018, Intel công bố chip Canon Lake, con chip 10nm đầu tiên vốn được chờ đợi từ 2015 [5]. Tuy nhiên, những con chip này được bán ra ở số lượng có hạn khi mà các vấn đề hiệu suất (yield) vẫn tiếp tục làm đau đầu Intel và buộc công ty này phải tiếp tục lùi thời gian sản xuất đại trà chip 10nm từ 2018 xuống 2019. Đà giảm tốc đang kể này khiến các đối thủ của Intel như AMD và TSMC có thời gian bắt kịp. TSMC, đối trọng Á châu của Intel, đã bắt đầu sản xuất đại trà chip 7nm kể từ 2018 [6]. Sau khi Intel thông báo việc hoãn kế hoạch sản xuất chip 7nm trong báo cáo tài chính Quý 2 2020, giá cổ phiếu TSMC tăng vọt 10% trong phiên trước giờ giao dịch. Cú nhảy vọt giúp công ty đầu tàu nghành bán dẫn này chạm cột mốc vốn hóa thị trường là 340.1 tỷ USD, lớn hơn cả kích thước của Samsung Electronics, Tesla, và chính Intel.

Bên cạnh những khó khăn khi dịch chuyển sang tiến trình 10nm, Intel cũng đã phạm nhiều sai lầm trong các chiến lược kinh doanh của mình. Công ty đã tiên liệu về sự nguy hiểm của những con chip ARM (Advanced RISC Machines) cùng với loại transistor sử dụng ít điện năng phù hợp một cách hoàn hảo với tablets, netbooks, và smartphones. Vì thế nên Intel đã cho ra mắt chip Atom x86 nhằm ngăn cản đối thủ chiếm lĩnh thị trường. Tuy nhiên, sản phẩm này trở thành 1 thảm họa tiêu tốn của Intel nhiều tỷ đô la mà không đạt được mục đích làm lung lay vị thế thống trị của ARM.

Theo như các nghiên cứu từ chuyên gia phân tích Pierre Ferragu của tờ Newstreet, Intel đã rót tổng cộng 19 tỷ USD kể từ năm 2012 cho việc cố gắng tiến vào thị trường radio smartphone vốn đang bị thống trị bởi Qualcomm [7]. Apple đã cổ vũ Intel đầu tư vào công nghệ modem này bằng việc sử dụng các modem 4G của họ trong những chiếc iPhone kể từ 2016. Lý do cho hành động này là bởi cuộc chiến pháp lý với Qualcomm, nơi mà Apple cáo buộc Qualcomm đang áp dụng những khoản tiền bản quyền quá mức. Tuy nhiên, pha bẻ lái bất ngờ diễn ra vào tháng Tư năm 2019, khi Qualcomm công bố về thỏa thuận dàn xếp bản quyền với Apple trong báo cáo tài chính Quý 1, kết thúc tất cả “khả năng sinh lời khả dĩ với modem 5G” của Intel. Bob Swan, CEO đương nhiệm của Intel công bố chỉ vài giờ sau rằng ông sẽ rút ra khỏi cuộc chạy đua 5G đắt đỏ này để tập trung vào các mục tiêu hợp lý hơn.

Bất chấp những khó khăn gần đây, Intel vẫn là công ty bán dẫn lớn nhất thế giới về mặt doanh thu. Các chip CPU của Intel vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm máy tính, với thị phần CPU Quý 2 2020 là 64.9% [8]. Sản phẩm mới nhất của Intel, chip Ice Lake (kiến trúc – 10nm) được cài đặt trong hầu hết những laptop và ultrabook tiên tiến nhất trên thị trường, bao gồm Dell XPS, HP Spectre, và Surface Pro 7. Mảng kinh doanh data-centric đã trở thành trọng tâm trong doanh thu của Intel (52% tổng doanh thu), cùng những sự phát triển vượt bậc trong công nghệ đám mây. Intel cũng đang lên kế hoạch giới thiệu sản phẩm tiếp theo của mình vào ngày 2 tháng 9 sắp tới – chip Tiger Lake (tối ưu – 10nm+).

Với việc thất bại trong trò chơi nanomet với TSMC, Intel có lẽ đang phải cân nhắc khả năng trở thành công ty fabless (chỉ thiết kế). Tuy nhiên, tương lai vẫn còn rộng mở và Intel vẫn đang rất thành công. Công ty sẽ phải sớm ra những quyết định khó khăn, và việc chia tay với những nhà máy đang tiêu tốn hàng tỷ đô của Intel hàng năm có thể sẽ là một lựa chọn hợp lý. Đối diện với thất bại luôn là một cá tính cần thiết, và như CEO của Intel Bob Swan đã nói, “linh hoạt không phải là dấu hiệu của yếu đuối”.

Trích dẫn:

1. Joseph Woelfel (28th July 2020). “Intel’s Chief Engineering Officer Departs After Processor Delay“. Retrieved on Aug 1st, 2020.
2. (PDF)https://s21.q4cdn.com/600692695/files/doc_financials/2020/q2/Q2-2020_Earnings-Release.pdf. 
3. ^ “INTC / Intel Corp. – EX-21.1 – Intel Corporation Subsidiaries – February 01, 2019”. February 1, 2019. Retrieved May 12, 2020
4.  Cutress, Ian. “Intel’s ‘Tick-Tock’ Seemingly Dead, Becomes ‘Process-Architecture-Optimization’
5. Shilov, Anton. “Intel’s 10nm Briefly Appears: Dual Core Cannon Lake in Official Documents”. www.anandtech.com. Retrieved 2019-07-30.
6. “7nm Technology”. TSMC. Retrieved June 30, 2019.
7. Tiernan Ray. “Intel’s Mobile Failure a $17B Mistake, Says New Street Research”. www.barrons.com. Retrieved 2020-08-04.
8. “Distribution of Intel and AMD x86 computer central processing units (CPUs) worldwide from 2012 to 2020, by quarter”. Retrieved in 2020-08-07