Việc thiết kế một vi mạch hay con chip thực ra không quá khó. Thách thức lớn nhất là làm sao bán được nó.
Trong ngành bán dẫn, phần lớn sự tập trung đều hướng đến vấn đề hiệu suất của vi mạch. Người ngoài ngành vì thế sẽ cảm thấy khó hiểu khi thấy một con chip được đánh giá cao hơn về mặt hiệu năng lại không thể đạt doanh số tốt bằng đối thủ. Chẳng hạn, Intel vẫn đang bán được rất nhiều CPU máy chủ mặc dù chúng có sức mạnh lép vế trước AMD hoặc những thiết kế dựa trên kiến trúc ARM, ...
Thị trường chip toàn cầu thực ra phức tạp hơn nhiều so với chúng ta tưởng. Bất cứ tay chơi nào muốn xâm nhập ngành đều cần tính toán cẩn trọng. Lấy ví dụ, thị trường chip trung tâm dữ liệu (data center) hiện đang xoay quanh 10 khách hàng lớn nhất, bao gồm Amazon, Google, Facebook, Microsoft, Baidu, Alibaba, Tencent (nhóm Super 7) cùng với Oracle, JD.com và Apple. Nhóm này tiêu thụ tới hơn 50% CPU và 70 – 80% linh kiện bán dẫn chuyên dụng khác cho máy chủ. Bên cạnh đó, xu hướng chuyển đổi số cũng mang lại một tập hợp tương đối phân mảnh của những khách hàng nhỏ hơn như các công ty tài chính, phòng lab nghiên cứu, doanh nghiệp dầu khí, startup trên nền tảng Internet,... Đối với những nhà cung cấp đã xác lập được vị thế vững chắc như Intel, các cái tên nằm ngoài top 10 là quá nhỏ để ảnh hưởng tới doanh số. Nhưng đối với những đối thủ mới gia nhập ngành và nắm giữ ít nguồn lực hơn, họ sẽ cần phải bắt đầu từ các khách hàng nhỏ để có nguồn thu đủ cho việc duy trì hoạt động và thu hút thêm nhà đầu tư; tuy nhiên mục tiêu sau cùng vẫn phải là tìm cách bán hàng cho các đối tác thuộc top 10.
Những khách hàng lớn (hyperscaler)1 thường ý thức rất rõ về vị thế của họ và có các quy trình xét duyệt riêng hết sức khắt khe. Từ nhiều năm trước khi thực sự bắt đầu sản xuất chip, nhà cung cấp đã phải thu thập đủ thông tin và yêu cầu của khách hàng như thông số kỹ thuật chip (sử dụng loại bộ nhớ nào, có bao nhiêu kênh I/O,...), sau đó xây dựng mô hình mô phỏng thiết kế trên mạch FPGA2 rồi gửi đến nhà máy (foundry hay xưởng đúc) để chế tạo thử. Khách hàng thường sẽ tiếp nhận một số chip được chào hàng để thử nghiệm trong quy mô phòng lab, sau đó là vài chục chip cho việc xây dựng một nguyên mẫu (prototype) – nhằm chứng minh con chip vận hành đúng như thông số công bố. Bước tiếp theo là xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh cần đến hàng ngàn chip. Đến bước này, khách hàng thường chạy phần mềm theo dõi hiệu suất thực tế của riêng họ, nhà cung cấp chip không có quyền truy cập để đánh giá và điều chỉnh trước. Ngoài ra, khách hàng cũng có thể tự xây dựng mô hình TCO3 vô cùng phức tạp để đánh giá hiệu năng tổng thể của hệ thống so với chi phí, bao gồm không chỉ các chip mà còn nhiều yếu tố khác như bộ nhớ, mức tiêu thụ điện năng, nhu cầu làm mát,... Cần lưu ý rằng mặc dù chip là thành phần quan trọng nhất của bất cứ hệ thống nào nhưng chúng thường chỉ chiếm khoảng 20% tổng chi phí. Mô hình TCO chính là cơ sở dẫn đến quyết định mua hàng sau cùng.
Trong toàn bộ quy trình trên, công ty thiết kế và sản xuất chip phải tìm cách giải quyết tất cả mọi vấn đề. Khi được xưởng đúc bàn giao, chip có thể sẽ gặp lỗi và cần được điều chỉnh ngày. Thường thì nhà cung cấp sẽ không bao giờ có đủ chip ngay để bàn giao cho mọi khách hàng. Ngoài ra, tất cả các khách hàng cũng đều muốn mình là người được thử nghiệm trước, buộc nhà cung cấp phải xác định đâu là đối tượng ưu tiên. Khi sản lượng tăng lên thì nhiều vấn đề mới lại phát sinh. Chẳng hạn, khách hàng không chỉ muốn mua vi mạch mà còn cần đặt hàng cả hệ thống hoàn chỉnh (VD: máy chủ, trung tâm dữ liệu, ...) Vì thế, công ty sản xuất vi mạch lại cần đến sự hỗ trợ từ hệ sinh thái ODM4. Những đối tác ODM này sẽ phải đầu tư cho các thiết kế riêng và gửi đi xét duyệt. Đó là lý do giải thích cho sức mạnh thị trường của Intel khi tất cả các ODM đều đã có rất nhiều kinh nghiệm làm việc với họ.
Quá trình từ lúc bắt tay vào thiết kế một con chip cho tới khi bán được lô hàng đầu tiên có thể sẽ mất tới 3 – 4 năm, phức tạp và khó không kém gì việc thương mại hóa một mẫu ô-tô. Nói tóm lại, không hề có thứ gì là dễ dàng trong lĩnh vực sản xuất và kinh doanh chip.
Chú thích
1. Google, Facebook, Amazon,... là những doanh nghiệp hyperscaler với hệ sinh thái khổng lồ, bao gồm các sản phẩm, dịch vụ tích hợp theo chiều dọc.
2. FPGA là từ viết tắt của Field-programmable gate array chỉ loại mạch tích hợp cỡ lớn sử dụng cấu trúc mảng phần tử logic cho phép người dùng có thể tự lập trình tùy theo mục đích sử dụng. Ứng dụng của FPGA bao gồm xử lý tín hiệu số DSP, các hệ thống hàng không, vũ trụ, quốc phòng, điều khiển trực quan, phân tích nhận dạng hình ảnh, tiếng nói, mật mã học, mô hình phần cứng máy tính và cả máy đánh bạc,...
3. TCO là từ viết tắt của Total Cost of Ownership: mô hình tổng chi phí cho việc sở hữu.
4. ODM là từ viết tắt của Original Design Manufacturer: nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm theo đơn đặt hàng. Một công ty hoạt động theo mô hình ODM có thể thiết kế và chế tạo một sản phẩm theo yêu cầu của khách hàng. Hầu hết các nhà cung cấp ODM lớn nhất thế giới hiện nay là của Đài Loan và Trung Quốc.
(*) Phân tích của chuyên gia tư vấn công nghệ Jonathan Goldberg.