• Thứ Năm, 10/04/2014 11:58 (GMT+7)

    Intel vs ARM: Trận chiến định mệnh

    Phan Châu
    ARM đang thống trị thị trường di động, trong khi Intel vẫn chật vật cho bước khởi đầu với sân chơi mới. Phải chăng ngày phán quyết đối với Intel đã tới, hay thành công của ARM đang được thổi phồng?

     

     

    Intel đối mặt với thách thức lớn khi doanh số PC sụt giảm nghiêm trọng. Trong năm 2013, doanh số bán PC trên toàn cầu giảm 10%, đánh dấu thời kỳ suy giảm tồi tệ nhất trong lịch sử của thị trường PC, theo Gartner. ARM với mạng lưới đối tác rộng khắp đã tạo nên bước tiến ngoạn mục đưa chip ARM lên 99% thiết bị di động, tăng doanh số bán smartphone và tablet lần lượt 50% và 38% trong năm 2013.

    Dường như đang tái hiện câu chuyện kinh điển David chống lại người khổng lồ Goliath. Giờ đây, Intel là người khổng lồ vẫn còn bám chặt vào cột trụ PC đã tới thời mục nát, còn ARM là đấu thủ di động nhanh nhẹn đang hướng tới mục tiêu làm chủ tương lai của thế giới máy tính. Nhưng câu chuyện mới có những tình tiết hứa hẹn dẫn tới những diễn biến khó lường.

    Trước hết hãy xét về qui mô. Năm qua, doanh thu của ARM đạt gần 1,1 tỷ đô la Mỹ, chẳng là gì so với 53 tỷ đô la Mỹ của Intel. Hai công ty có những khác biệt rõ rệt: Intel khép kín qui trình, từ thiết kế cho tới sản xuất chip, trong khi đó ARM khai thác tài sản trí tuệ. ARM cấp phép quyền sử dụng các thiết kế bộ vi xử lý của mình cho những tên tuổi lớn như Qualcomm, Nvidia, và Samsung, các công ty này sau đó lại đặt hàng cho các công ty khác sản xuất, đó là những cái tên có thể bạn chưa từng nghe tới như GlobalFoundries, United Microelectronics và TSMC. Tới tháng 10/2013, Intel đã điền thêm tên mình vào danh sách các nhà sản xuất chip ARM (tham khảo bài: “ARM – điển hình của kinh tế tri thức”, PCW 08/2013 hoặc http://www.pcworld.com.vn/T1234285) .

    Như vậy có thể thấy ARM và Intel không phải là những đối thủ cạnh tranh trực tiếp theo cách nghĩ truyền thống, mặc dù ARM đã chiếm gần như toàn bộ thị trường di động, lớn hơn nhiều so với lãnh địa của Intel. Mặt khác, dù ngành sản xuất PC đang trên đà suy giảm, các bộ vi xử lý Intel x86 vẫn thống trị thị trường máy chủ, nơi đem lại lợi nhuận cao hơn nhưng ARM chưa thể với tới. Thêm nữa, cuộc chơi di động chưa ngã ngũ, khi Intel đã tăng tốc với một dòng chip di động mới và đã đạt những tiến bộ đáng ghi nhận trong việc sản xuất bộ vi xử lý tiêu thụ điện năng thấp. 

    Bí quyết thành công của ARM trên đấu trường di động
    Các chip dựa trên thiết kế ARM thống trị thị trường bộ xử lý di động theo đúng cách mà họ vi xử lý x86 của Intel đã khóa chặt thị trường PC Windows trong những thập kỷ vừa qua. Tuy nhiên vai trò quan trọng cho thành công của ARM không phải do công nghệ tốt hơn mà nhờ mô hình kinh doanh của công ty. Trong khi Intel trực tiếp sản xuất chip trong các nhà máy của mình, ARM thiết kế chúng rồi cấp phép bản quyền sử dụng cho các đối tác.

    Ý tưởng cấp phép quyền sở hữu trí tuệ là điều mới trong ngành sản xuất bán dẫn. Nokia, Ericsson, Motorola và các nhà sản xuất khác đang phát triển những chiếc điện thoại di động thế hệ mới nhỏ gọn, dùng năng lượng pin nhìn thấy ngay cơ hội và nhanh chóng chấp nhận kiến trúc vi xử lý ARM. Hầu hết, chip của các công ty sản xuất bộ xử lý truyền thống đều có kích thước lớn, lại tiêu tốn năng lượng rõ ràng không phù hợp cho điện thoại. Chưa kể chúng được thiết kế để chạy với nguồn điện AC, và một số cần tản nhiệt và quạt làm mát (fan) để có thể chạy ổn định.

    Các đối tác có thể trả tiền cho bản quyền sử dụng kiến trúc hoặc mua CPU do ARM thiết kế sẵn. Việc sử dụng kiến trúc gây tốn công cho nhà sản xuất, nhưng bù lại họ sẽ thiết kế ra những CPU cho các con chip với những thế mạnh riêng. Trong khi đó sử dụng nhân CPU do ARM thiết kế sẵn để tích hợp vào chip do mình phát triển sẽ giúp các nhà sản xuất tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức, sớm tung sản phẩm ra thị trường. Cả làng di động bị cuốn theo ARM, tạo thành guồng máy chạy theo quán tính, mỗi khi ARM thay đổi thì các đối tác cũng đổi theo.

    Cũng giống như với PC, máy chủ, và hầu hết các hệ thống có dùng bộ xử lý, một thiết bị di động khi đã hoạt động ổn thì họ bộ xử lý vẫn sẽ tiếp tục được dùng cho các sản phẩm đời sau với những cải tiến hướng tới mục tiêu chạy nhanh hơn. Không có lý do gì để thay đổi. Bỏ một thiết kế và bắt đầu lại với một họ CPU mới, rồi lại phải có phần mềm mới và các công cụ phát triển mới, đó sẽ là một tai họa. Và đấu trường di động nhanh chóng bị ARM thâu tóm theo cách như vậy.

    ARM đối mặt với áp lực tăng hiệu suất
    Có một thực tế là kiến trúc CPU của ARM tương đối đơn giản nên rất dễ tích hợp. Điều đó tạo thuận lợi lớn cho các nhà thiết kế toàn tâm dốc sức sáng tạo ra những chip độc đáo của riêng họ. ARM sử dụng kiến trúc RISC (Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh tối giản) giảm thiểu độ phức tạp trong thiết kế CPU. Các thiết kế RISC khởi đầu rất đơn giản. Nhưng rồi các bộ xử lý RISC như MIPS và SPARC phức tạp dần lên, bắt đầu đưa thêm vào những tính năng ban đầu né tránh. ARM và nhiều thiết kế dựa trên RISC nổi bật khác cũng phát triển theo hướng như vậy. Nhưng dù sao chúng vẫn đơn giản hơn nhiều so với các bộ xử lý x86 của Intel dựa trên kiến trúc CISC (Complex Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh phức tạp).

    Thật khó để so sánh các thiết kế mạch CPU với nhau, nhưng có thể thấy nhờ thiết kế theo hướng RISC, các bộ vi xử lý ARM giảm được đáng kể số bóng bán dẫn (transistor) so với bộ vi xử lý x86, kết quả là những hệ thống trên một con chip (SoC) dựa trên thiết kế ARM tiêu thụ điện năng thấp hơn, tỏa nhiệt ít hơn thích hợp cho các thiết bị di động gọn nhẹ, sử dụng năng lượng pin cũng như các hệ thống nhúng.

    Ngược lại, các bộ vi xử lý x86 mang trên mình số lượng bóng bán dẫn lớn hỗ trợ nhiều tính năng kiến trúc hơn. Chip Intel có thể xử lý các số thập phân mã hóa nhị phân (BCD); ARM chỉ xử lý số nhị phân. Intel tích hợp một bộ đếm vòng lặp; ARM dựa vào các vòng lặp xác định bằng phần mềm. Các bộ vi xử lý x86 kể từ thời 80386 đã cung cấp một hệ thống phân quyền bốn cấp nhằm ngăn chặn lây nhiễm mã cấp thấp từ mã cấp cao, chip thực hiện hoàn toàn trong phần cứng, không cần lập trình. Tính năng này thực sự đáng chú ý, nhưng đòi hỏi hàng triệu bóng bán dẫn để hoạt động, đồng nghĩa với việc tiêu tốn năng lượng.

    Còn nhiều điểm nữa có thể liệt kê, tuy nhiên, những tính năng ưu việt của kiến trúc x86 tích lũy trong suốt hơn ba thập kỷ qua không phải lúc nào cũng được thể hiện trong các kết quả chạy benchmark. Chẳng hạn các chức năng cấp hệ thống trợ giúp hệ điều hành hoặc như những chức năng được thêm vào để tăng cường bảo mật. Những chức năng hữu ích đó làm cho các chip lớn hơn, nóng hơn, và đắt tiền hơn.

    Về phía ARM, để đáp ứng những hệ thống phức tạp hơn trước nhiều như máy tính bảng Android đa nhân, máy chủ PC, thiết bị 64-bit… công ty phải bổ sung các tính năng mạnh mẽ mà ban đầu đã bỏ qua.  Sẽ lại xuất hiện bộ nhớ ảo, bảo mật đa lớp, các thanh ghi rộng, xử lý tính toán dấu chấm động, giả lập DSP… Và ARM sẽ rời xa dần triết lý đơn giản và tối ưu hóa của RISC để rồi các bộ vi xử lý dựa trên kiến trúc ARM ngày càng phức tạp hơn. Công ty đã định nghĩa lại tập lệnh của mình ít nhất hai lần, dần chú trọng tới hiệu suất và khả năng của bộ vi xử lý hơn.



    Intel vẫn Inside, và ARM Outside
    Khi các thiết bị di động ngày càng trở nên phức tạp hơn vẫn chưa hẳn là mở ra cơ hội cho Intel. Thực tế Intel đã tới bữa tiệc di động quá muộn, và như trên đã nói, quán tính đang đè nặng lên mảng kinh doanh này. Các bộ xử lý Atom của Intel hầu như chưa đủ tầm để thay thế các bộ xử lý ARM hàng đầu, và đội quân ARM đang thắng thế với kho phần mềm, hệ sinh thái, và vô số trải nghiệm đem lại cho người dùng. Khó có thể thuyết phục một công ty thay đổi họ bộ vi xử lý đang dùng cùng phần mềm, và các công cụ phát triển để mua một con chip khác chưa thể sánh với con chip mà họ đang sử dụng.

    Tương tự, ARM chẳng có nghĩa lý gì trong thị trường PC khi thị phần máy tính chạy Windows trên thế giới đang chiếm hơn 90%. Lưu ý là, mọi người mua PC không phải chỉ vì “kết” giao diện Windows mà cái chính là họ cần chạy các ứng dụng trên nền Windows lâu nay vẫn dùng. Thất bại thảm hại của Windows RT là minh chứng rõ ràng nhất cho điều đó. Windows RT không hỗ trợ các ứng dụng Windows cũ.

    Địa hạt máy chủ khả quan hơn cho ARM, chủ yếu là vì một máy chủ chạy không quá nhiều phần mềm, cũng không nhất thiết phải có giao diện thân thiện với mọi người. Và điều quan trọng là Linux thống trị trung tâm dữ liệu, và Linux có thể chạy trên các bộ xử lý ARM. Thêm vào đó, các trung tâm dữ liệu đang theo xu hướng “xanh hóa”, áp dụng ngày càng nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng, vì theo thời gian chi phí năng lượng có thể vượt xa chi phí phần cứng.

    Nhưng ở đây lại thấy câu chuyện quán tính như đã nói. Hầu hết máy chủ đều dùng vi xử lý kiến trúc x86 và hiện không có lý do gì để thay đổi. Nếu các chip ARM sử dụng cho máy chủ cung cấp một tỷ lệ giá/điện năng/hiệu năng tốt hơn đáng kể thì chúng mới có triển vọng xâm nhập trung tâm dữ liệu. Một số nhà sản xuất máy chủ mới chắc đang quan tâm đặc biệt đến những thiết kế dựa trên ARM, dù có nhiều khó khăn, nhưng sẽ tránh đối đầu trực tiếp với các đối thủ cạnh tranh đang dùng kiến trúc x86.

    Ưu thế sản xuất của Intel
    Intel mang đặc trưng của ngành công nghiệp truyền thống, tự mình thực hiện mọi thứ, từ thiết kế đến sản xuất cho tới bán hàng. ARM thì giống như một công ty kiến trúc đô thị, làm công việc cổ cồn trắng và cấp phép các bản thiết kế của mình cho các công ty khác. ARM không sản xuất chip còn Intel không thu tiền bản quyền.

    Điều đó có nghĩa chip Intel chỉ do Intel sản xuất, trong khi các chip dựa trên ARM về lý thuyết có thể đến từ bất kỳ nhà cung cấp nào. Trong thực tế, mỗi con chip dựa trên ARM là duy nhất, không thể được cung cấp từ hai nguồn khác nhau. Nghĩa là các bộ vi xử lý ARM đều có nhà cung cấp cụ thể như Intel hay một công ty bất kỳ.

    Trong mô hình kinh doanh của Intel, sản xuất đóng vai trò quan trọng. Công ty tập trung hết sức cho khối lượng. Khi chi phí xây dựng mỗi nhà máy mới sản xuất chip lên tới 5 tỷ đô la Mỹ và sẽ lỗi thời chỉ sau vài năm, rõ ràng mỗi chip ra đời gánh một khoản chi phí khấu hao sản xuất không hề nhỏ. Intel buộc phải sản xuất sản phẩm với số lượng lớn, chứ không thể nhắm vào các sản phẩm chuyên biệt, để giảm giá thành trên mỗi con chip. Điều đó khiến công ty phải tránh những thị trường mới mẻ. Nó cũng ngăn cản công ty tạo ra những bộ vi xử lý đặc biệt với những cấu hình khác biệt, I/O độc đáo hay những tính năng dành riêng nào đó.

    Tuy vậy, khoản đầu tư 5 tỷ đô la Mỹ dĩ nhiên là có lợi ích của nó. Khoản chi “hào phóng” nhằm nhanh chóng đạt mục tiêu tốc độ nhanh hơn, kích thước đế nhỏ hơn, và tiêu thụ điện năng ít hơn. Định luật vật lý áp dụng như nhau cho mọi công ty, bất kể kiến trúc bộ xử lý của họ ra sao, và công nghệ 22nm hiện tại của Intel đang dẫn đầu so với hầu hết các đối thủ cạnh tranh khác. Bóng bán dẫn nhỏ hơn đồng nghĩa với những thay đổi điện áp nhỏ hơn, thời gian truyền tín hiệu ngắn hơn và tỏa nhiệt ít hơn. Nó cũng có nghĩa là kích thước mạch nhỏ hơn, tức kích thước đế nhỏ hơn, nhờ thế sẽ đặt được nhiều chip hơn trên cùng một tấm silicon, tức là bán được nhiều chip hơn.

    Intel là một trong số ít công ty bỏ chi phí ra để đầu tư vào nghiên cứu phát triển sản xuất (R&D). Các công ty khác, bao gồm mọi công ty được ARM cấp phép, cùng nhau chia sẻ công nghệ chủ đạo và chủ yếu đi thuê công ty khác sản xuất.

     

    Lộ trình 64-bit cho di động của Intel. Merrifield và Moorefield sẽ được sản xuất theo công nghệ 22nm. Chip Merrifield được nhắm cạnh tranh với Snapdragon 800 và Apple A7.

    Cuộc chiến chưa ngã ngũ
    Intel và ARM có thể khác biệt về mô hình kinh doanh, nhưng những kiến trúc vi xử lý của hai công ty đang dần hội tụ về mặt công nghệ. Hiện các nhà khoa học máy tính đang nghiên cứu và mô phỏng những cách tốt nhất để thiết kế một bộ xử lý dùng lâu dài, qua nhiều thập kỷ. Thực tế qua nhiều năm phát triển, thiết kế ARM đang dần trở nên phức tạp hơn, trong khi x86 của Intel đã ngày càng cải tiến phù hợp cho nhiều lĩnh vực. 

    Hiện tại có thể thấy, Intel có thế mạnh về năng lực sản xuất, bù lại ARM có lợi thế kiến trúc, ít nhất là về hiệu quả năng lượng. Trong cuộc đua hiệu suất, Intel vượt trội một cách rõ rệt, nhưng điều đó có thể do ARM không muốn thiết kế các bộ vi xử lý siêu nhanh chứ không phải là không thể.

    Để phá vỡ chu kỳ nâng cấp theo quán tính của ARM và làm khuynh đảo thị trường di động, Intel cần tung ra một dòng sản phẩm mới. Có thể nhắm vào phân khúc thiết bị di động Android giá thấp hiện chưa có nhiều đối thủ mạnh. Android có thể chạy trên x86 cũng như ARM (hoặc MIPS), vì vậy các thiết bị dùng chip Bay Trail của Intel hay Cherry Trail thế hệ kế tiếp có thể giành được vị thế trên đấu trường di động. Miễn là Intel phải chào bán một mức giá đủ hấp dẫn cho chip SoC tích hợp nhân xử lý x86 của mình. Khi đó có thể lịch sử lại chứng kiến Intel từ dưới đáy thị trường di động lặng lẽ vượt lên trên ARM, tạo nên bước ngoặt ngoạn mục trên đường đua dài.

    PC World VN, 04/2014

    Từ khóa: Phan Châu
    ID: A1404_72