• Thứ Năm, 10/10/2013 16:44 (GMT+7)

    ARM – điển hình của “kinh tế tri thức”

    Nguyễn Thúc (Tổng hợp)
    Tới ngày hôm nay, khi nền tảng SoC 22nm cùng vi kiến trúc Atom của Intel bắt đầu tạo được thế cạnh tranh, đại gia bán dẫn hàng đầu thế giới này mới thực sự trở thành một đối thủ đáng gờm của các tay chơi bên chiến tuyến ARM nói chung và bản thân ARM nói riêng. Trước tình hình này, ARM có cần lo ngại?

    Thật khó có thể đánh giá được sự quan tâm của ARM đối với Intel trong lĩnh vực sản phẩm siêu di động – đặc biệt là trong bối cảnh ARM không hề có một % thị phần thực sự nào. Trong khi đó, suốt từ 2008, Intel đã liên tục cố gắng mở đường vào phân khúc chip xử lý dành cho thiết bị di động. Nhưng phải mãi tới 2012, Intel mới thể tạo được hi vọng thực sự. Tuy nhiên, ngay cả khi Intel có đạt được vị trí số một trong phân khúc thị trường điện toán bán dẫn, ARM dường như cũng không hề rơi vào tình trạng tuyệt vọng. Bí quyết nào khiến cho họ có thể đạt tới sự ổn định bền vững đến đến vậy?

    “Gen” ARM đang có mặt trong hầu hết mọi thiết bị di động hiện nay

    Trong suốt hơn một thập kỉ qua, Intel đã liên tục chia sẻ niềm tin với cộng đồng. Nhưng phải tới giờ đây ARM, trước sức cạnh tranh mới của Intel mới bắt đầu có động thái tương tự. Nói một cách dễ hiểu hơn, đây là lần đầu ARM phải hé lộ trước cộng đồng về vị thế của mình trên thị trường cũng như lộ trình phía trước – điều cho thấy rõ tại sao hãng có thể trụ vững trên thị trường trong mọi hoàn cảnh. Cũng nhờ điều này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn một trong những thế lực đang có tầm ảnh hưởng cực lớn tới thị trường chung – đặc biệt là trong bối cảnh điện toán hiện nay. Trong ngành công nghiệp điện toán, khái niệm một nhà sản xuất bán dẫn không sở hữu dây chuyền sản xuất nào như ARM là điều không mới. nVIDIA là một điển hình rõ nét nhất. Mới đây, AMD   gia nhập nhóm này khi tách riêng GlobalFoundries. Tất cả họ đều theo đuổi mô hình thiết kế chip rồi tiến hành sản xuất sản phẩm nhờ các đối tác chuyên biệt như TSMC, GlobalFoundries hay Samsung. Hướng tiếp cận như thế cho phép cắt giảm đáng kể chi phí nhưng lại dẫn tới việc phụ thuộc khá nhiều vào đối tác sản xuất. Thực tế trước đây đã cho thấy không ít lần nVIDIA hay AMD bị ảnh hưởng bởi năng lực sản xuất, sản lượng và khả năng công nghệ của các đối tác và hệ quả là chính sản phẩm chip bị thiếu hụt hoặc phải trì hoãn. Cách đánh giá của ARM đối với vấn đề này đã khiến họ tiến thêm một bước xa hơn: thậm chí không bán ra bất cứ chip nào. Thay vào đó, họ thiết kế các tài sản trí tuệ riêng như kiến trúc tập lệnh, vi xử lý, đồ hoạ, kết nối nội bộ… sau đó cấp phép sử dụng cho bất cứ ai có nhu cầu. 

    ARM hiện đang có lượng đối tác và doanh số tương đối hùng hậu

    Rõ ràng ARM là một công ty điển hình trong khái niệm về một “nền kinh tế tri thức” đơn thuần. Điều này càng rõ nét khi so sánh ARM với đại gia hàng đầu trong lĩnh vực silicon– Intel. Ở góc độ của Intel, hãng tự xây dựng kiến trúc riêng, tự đưa các kiến trúc này vào thiết kế chip và sau đó tự sản xuất chip trên các dây chuyền của riêng mình. Điều này sẽ là gánh nặng rất lớn nhưng bù lại, Intel lại có được lợi nhuận rất cao trên mọi sản phẩm của mình đồng thời có thể tự tay thực hiện mọi thay đổi về sản phẩm mà không cần “nhòm ngó” bất cứ công ty nào khác.
    Dù vậy, mảng sản phẩm siêu di động lại có những điểm khác biệt – ít nhất là vào thời điểm hiện tại. Trong lĩnh vực máy tính cá nhân, Intel nắm vai trò dẫn dắt toàn bộ nền tảng và chiếm tỉ lệ giá trị trong mỗi sản phẩm vào mức cao nhất. Tuy nhiên, trong thị trường di động, giá trị của BXL trung tâm lại chỉ chiếm vài % tổng chi phí sản phẩm cuối (điện thoại hay máy tính bảng). Ví dụ như một chiếc máy 400 USD thì chip SoC chỉ chiếm khoảng 15 USD mà thôi. Như thế, những thói quen về cách “điều hành” cuộc chơi cũng như chiến lược sản phẩm của Intel sẽ không còn phù hợp. Dù cho đại gia này tin tưởng rằng vấn đề sẽ khác biệt một khi độ phức tạp của các loại chip mới tăng lên.
     

    Một mô hình SoC hoàn chỉnh dựa trên kiến trúc ARM

    ARM – bí quyết nằm ở đâu?
    Mô hình kinh doanh của ARM có thể hiểu đơn giản. Những điều khó hiểu chủ yếu là do tính “lạ” của nó với mô hình chung của các công ty khác. Ở cấp cao, ARM đưa ra ba loại chứng nhận sáng chế: gói tối ưu hoá bộ xử lý (POP), vi xử lý và kiến trúc. Trong đó, chứng nhận cho phép đối tác sử dụng bộ xử lý hoặc bộ xử lý đồ hoạ do chính ARM thiết kế. Họ sẽ không thể thay đổi thiết kế nhưng có thể tích hợp tuỳ thích. Ví dụ cho trường hợp này là Exynos 5 Octa của Samsung với bốn lõi Cortex-A7 và bốn lõi Cortex-A15 vận hành song song. Bản thân ARM cũng sẽ đưa ra tư vấn cơ bản về cách tích hợp lõi chip nhưng hầu như hiệu quả vận hành của sản phẩm cuối hoàn toàn phụ thuộc đối tác sản xuất.
    Trong khi đó, gói tối ưu bộ xử lý (POP) sẽ được xếp ở phân cấp cao hơn. Đây là lựa chọn lý tưởng cho những nhà sản xuất không chuyên về thiết kế tích hợp. ARM bán các thiết kế chip đã được tối ưu hoá sẵn cho nhu cầu sử dụng và đối tác chỉ việc đưa vào sản xuất với những đảm bảo nhất định về hiệu năng từ phía ARM. Tuy nhiên, việc tự tối ưu vẫn là giải pháp cần thiết. Bản thân những sản phẩm của Apple và Samsung đã tỏ rõ ưu thế xung nhịp/điện năng tiêu thụ dù vẫn sử dụng thiết kế Cortex-A8 chung. Bí quyết nằm ở chỗ cả hai đại gia này đều tiếp cận được với Intrinsity – công ty bán dẫn đã tối ưu được thiết kế của Cortex-A8. Nhưng không phải công ty nào cũng có đủ khả năng tài chính và tầm cỡ để làm được như vậy và đây chính là khách hàng lý tưởng đối với gói POP của ARM. Bản thân POP cũng được cung cấp với nhiều kiểu hình kết hợp lõi chip, quy trình sản xuất, cách chế tạo khác nhau điển hình như POP 28nm HPM dành cho Cortex-A12 mà ARM cung cấp qua TSMC.

    Bộ xử lý A6 trong iPhone 5 đình đám của Apple cũng được thiết kế dựa trên kiến trúc ARM

    Lựa chọn cuối cùng là giấy phép về sử dụng vi kiến trúc. Những đối tác nhóm này có thể sở hữu riêng kiến trúc của ARM (như ARMv7 hay ARMv8) rồi từ đó thay đổi hay tích hợp như ý muốn. Đây là cách mà Qualcomm đã xây dựng Krait hay Apple xây dựng Swift. Những BXL này tương thích ISA hoàn toàn với lõi Cortex-A15 của ARM nhưng đều được tích hợp theo cách riêng để hợp chuẩn với ARM ISA. ARM cũng cung cấp những phép thử để đảm bảo tính tương thích này đồng thời hỗ trợ trực tiếp quá trình thiết kế. Dù vậy, với loại giấy phép này, việc “tự thân vận động” sẽ cực kì quan trọng để đưa ra sản phẩm với những bí mật riêng.
    Hiện tại, ARM đã cấp khoảng 1000 giấy phép sử dụng khác nhau trên thị trường chung cho 320 đối tác. Trong số này, chỉ có 15 giấy phép vi kiến trúc mà thôi.

    Kiến trúc chip ARM được ưa chuộng do hiệu năng vận hành tốt, tiết kiệm năng lượng và rất phù hợp với sản phẩm nhúng, thiết bị di động.


    ARM kiếm tiền từ đâu?
    Trong khi AMD, Intel và nVIDIA đều kiếm được tiền từ việc bán chip cho các nhà sản xuất thiết bị khác (điển hình như ASUS, Gigabyte hay MSI), nguồn thu của ARM lại đến từ các chứng nhận sử dụng bằng sáng chế. Thay vào đó, các đối tác của ARM sẽ thực sự thiết kế và bán chip. Như thế, cơ cấu vận hành và mô hình kinh doanh của ARM hoàn toàn khác những gì cộng đồng công nghệ vẫn quen thuộc từ trước tới nay.
    Về cơ bản, có hai loại chi phí chính mà các đối tác phải trả cho ARM: chi phí bản quyền trả trước và chi phí bản quyền trả sau (kèm quyền lợi). Ngoài ra, ARM cũng có nhiều nguồn thu phụ có liên quan khác nữa. Hầu như mọi đối tác của ARM đều phải chi hai khoản chính nhưng tỉ lệ cụ thể lại phụ thuộc vào loại hình của bằng sáng chế mà họ mua. Cụ thể hơn, chi phí bản quyền trả trước phụ thuộc vào mức độ phức tạp của thiết kế mà đối tác ARM mua lại. Ví dụ như với kiến trúc ARM11 cũ trước đây, chi phí này thấp hơn so với Cortex A57. Thông thường khoản này của ARM vào khoảng từ 1.000.000 USD đến 10.000.000 USD kèm theo một số phụ thu khác. Trong khi đó, phí trả sau lại được tính trên từng chip cụ thể. Nói cách khác, mỗi chip có “chất xám” của ARM bên trong đều phải chịu khoản phí này (thông thường là 1-2% giá bán ra). 
    Hiện tại, trong số 320 khách hàng mua bản quyền sử dụng của ARM, có hơn một nửa đang chi trả khoản phí trả sau. Số còn lại đang nằm giữa hai giai đoạn: kí kết bản quyền hoặc đang bán ra sản phẩm. Mỗi năm, ARM kí mới khoảng 30-40 giấy phép. Đáng chú ý, chỉ có khoảng 80% các công ty đối tác sau khi nhận được giấy phép có thể hoàn tất việc xây dựng chip và bán ra thị trường. 20% còn lại thường thất bại hoặc bị mua lại do những lý do riêng. Theo số liệu từ ARM, các khoản phí thu sau chiếm khoảng 50% lợi nhuận của hãng. 50% còn lại có 33% là chi phí bản quyền trả trước và 17% tới từ các nguồn khác như công cụ phần mềm hay hỗ trợ kĩ thuật.
    Dù các con số sản phẩm đều khá lớn nhưng ARM vẫn không được cho là công ty cỡ lớn. Trong năm 2012, ARM đạt lợi nhuận chỉ 913,1 triệu USD. Theo nhiều ý kiến phân tích, với số lượng sản phẩm chứa chất xám của ARM nhiều như vậy, họ có thể tăng thêm chút ít các chi phí trả sau để thu thêm lợi nhuận. Với mô hình kinh doanh độc đáo của mình, lợi nhuận của hãng có thể đạt tới 94% - một con số cực kì ấn tượng.
     

    Cùng với Qualcomm, những công ty như Apple, Marvell, Samsung đều là đối thủ mạnh bên chiến tuyến ARM mà Intel không thể không dè chừng

    Các loại hình cấp quyền sản xuất
    Dù chỉ có ba loại giấy phép bằng sáng chế như vừa đề cập, ARM còn có nhiều kiểu hình hợp đồng (về tài chính) cho các đối tác lựa chọn. Các giấy phép liên quan tới giáo dục như DesignStart hầu như miễn phí. Dĩ nhiên, đối tác không thể bán thiết kế nhưng có thể dùng trong công tác nghiên cứu, giảng dạy nói chung. Trong khi đó, giấy phép sử dụng một lần dành cho những công ty chỉ cần một lõi cụ thể nào đó cho một dự án riêng (ví dụ như thiết kế một mô hình đơn lẻ dựa trên lõi Cortex A9) sẽ rơi vào khoảng 1.000.000 USD với khoảng 2% giá thành cho mỗi chip bán ra thị trường. Những công ty tiếp cận loại hình giấy phép này thường đang nằm trong giai đoạn mới phát triển hoặc chỉ cần chúng cho một nhu cầu cụ thể nào đó.
    Tiếp theo, hợp đồng giấy phép sử dụng nhiều lần lại là lựa chọn hợp lý cho các công ty lớn với nhiều sản phẩm khác nhau. Dĩ nhiên, chi phí ban đầu sẽ khá lớn nhưng bù lại, đối tác ARM sẽ không bị giới hạn về số lượng sản phẩm trong khoảng thời gian cụ thể, ví dụ cấp phép trong 3 năm.
    Cao cấp hơn nữa là hợp đồng sử dụng giấy phép nhiều lần dài hạn. Đây là lựa chọn được các công ty lớn ưa chuộng bởi nó gần như không có giới hạn nào. Một loại lõi chip có thể được sử dụng trong vô số các sản phẩm và hoàn toàn không có thời gian. Nhiều công ty thường sử dụng cùng một lõi trong chu kì 10-20 năm nên việc chi tiền cho giấy phép loại này cũng là lựa chọn khá hợp lý. 
    Trong số các loại hình hợp đồng, có lẽ hợp đồng thuê bao giấy phép là mô hình thú vị nhất. Các công ty đi theo hướng này có thể được cấp phép toàn bộ mọi sản phẩm của ARM trong một số năm nhất định. Điều này sẽ cho họ thoải mái sáng tạo và thiết kế với các dự án chip mà không cần lo lắng về chi phí phụ trội. Tuy nhiên, mức phí cho lựa chọn này có thể gấp nhiều lần so với khoản 10.000.000 USD “đỉnh” cho những giấy phép tiêu chuẩn. Hiện tại, chỉ có 15 công ty đối tác của ARM thuộc nhóm này. Trong đó, có thể kể đến Marvell, Apple và Qualcomm.
     Việc ARM không trực tiếp sản xuất buộc họ phải đảm bảo mỗi thế hệ chip mới luôn được các đối tác thiết kế và sản xuất một cách tối ưu nhất. Vì thế, với mỗi thế hệ chip mới của mình, ARM luôn chọn ba đối tác để hợp tác phát triển. Con số ba cũng nhằm đảm bảo việc sản phẩm của ARM có thể xuất hiện ở mọi phân khúc sản phẩm trên thị trường ví dụ như điện thoại thông minh, máy tính bảng, môi trường công nghiệp, TV, thiết bị gia dụng thông minh… Khi một công ty được chọn làm đối tác, họ có thể sớm tiếp cận thiết kế mới nhất mà ARM đang phát triển. Bù lại, họ phải hỗ trợ khắc phục lỗi, thử nghiệm công nghệ và phản hồi lại cho ARM. Lợi ích lớn nhất mà các đối tác ARM nhận được trong trường hợp này chính là quỹ thời gian rất lớn mà họ có để tự phát triển các sản phẩm riêng của mình dựa trên kiến trúc mới nhằm đạt được ưu thế cạnh tranh trên thị trường tiêu dùng.
     

    Ngoài điện toán siêu di động, ARM còn rất nhiều sân chơi màu mỡ khác mà thiết bị gia dụng thông minh là điển hình.

    ARM – triển vọng phát triển mạnh
    Tính riêng năm 2012, các đối tác sử dụng bản quyền của ARM đã xuất xưởng khoảng 8,7 tỷ chip xử lý khác nhau. Tuỳ thuộc vào các phân khúc thị trường mà một thiết bị có thể sở hữu từ một tới nhiều lõi ARM bên trong. Các lõi với “gen” ARM không chỉ xuất hiện trong bộ xử lý ứng dụng mà còn cả modem – phần kết nối viễn thông của điện thoại hay máy tính bảng. Như thế, ARM chiếm tới hơn 90% thị phần trong mảng sản phẩm thiết bị siêu di động. Tuy nhiên, điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là hơn một nửa sản lượng chip lại cung cấp cho các mảng sản phẩm khác như doanh nghiệp, thiết bị gia dụng như TV, đầu chơi nội dung số, thiết bị mạng, xe hơi… tất cả các nhóm này đều có triển vọng tăng trưởng trong những năm tới. Theo dự đoán của ARM, sẽ có khoảng 41 tỷ chip sử dụng công nghệ của hãng được tung ra thị trường chỉ riêng trong năm 2017. Lạc quan hơn, do ARM có mảng sản phẩm tiêu dùng cuối cực kì rộng nên ngay cả trường hợp bị Intel lấn sân trên thị trường điện toán thì ARM vẫn còn nhiều phân khúc lớn khác để phát triển.
    Mô hình kinh doanh dựa vào quy mô và sức mạnh của sản xuất phân tán lại có những đặc điểm riêng. ARM thiết kế ra những sản phẩm trí tuệ có thể được triển khai bởi các công ty bán dẫn không sở hữu dây chuyền sản xuất một cách nhanh chóng và ít tốn kém. Bên cạnh đó, không một công ty đơn lẻ nào trong chuỗi sản xuất phải đối mặt với những rủi ro có liên quan tới các đơn vị khác. Do đó, mô hình này được nhiều ý kiến phân tích đánh giá là “dân chủ” và hướng tới các mối quan hệ hợp tác, điều khiến cho việc vận hành tổng thể trở nên cực kì hiệu quả. Hơn thế nữa, mô hình kinh doanh của ARM cũng khuyến khích việc sáng tạo và hướng tới sự bền vững của các công ty sản xuất chip – nhờ vào việc hạn chế được sự tăng giá cũng như ưu thế tuyệt đối của một công ty riêng lẻ nào. Dù những yếu tố như linh kiện viễn thông, cơ chế cấp phép… có thể tạo ra ưu thế ở những phân khúc thị trường nhất định, sự ảnh hưởng tổng thể của ARM lên thị trường chung đã luôn thúc đẩy sự cạnh tranh lành mạnh trong khi duy trì mức giá chung thấp. Ở góc độ nào đó, ARM đã hiện thực hoá thứ mà Qualcomm thường gọi là Internet của mọi thứ (Internet of things) – mô hình khi mọi thứ đều kết nối và có sự tương tác.
     

    PC World VN, 08/2013

    Từ khóa: Arm
    ID: A1308_98