Thế giới cần bao nhiêu CPU?

CPU từng là vua của ngành công nghiệp điện toán. Trong quá khứ xa xôi, từ trước năm 2013, Intel và AMD là hai công ty sản xuất và thương mại hóa CPU duy nhất, với Intel chiếm ưu thế hơn hẳn. Lúc đó, không tay chơi nào khác có đủ năng lực để sản xuất thứ vi mạch phức tạp này như họ. Nhưng chỉ trong chưa đầy mười năm, tình hình đã hoàn toàn đảo ngược. Theo thống kê, toàn thế giới hiện đang có hàng chục công ty tự thiết kế và chế tạo CPU1. Intel đã không thể giữ được vị thế độc tôn trong lĩnh vực này. Thế giới bán dẫn đã không còn vua và chúng ta cần vinh danh nền Cộng hòa Chip (Vive la République!).

Tất nhiên, Intel và AMD vẫn đang tiếp tục sản xuất CPU và dẫn đầu về thị phần. Ngay cả sau 5 năm đầy sóng gió vừa qua của Intel, chưa ai có thể thay thế vị trí số 1 của họ. Nhưng cuộc chơi thực sự đã thay đổi, theo hướng thú vị hơn nhiều, với sự gia nhập của những công ty phát triển chip dựa trên kiến trúc ARM2, tiêu biểu là Qualcomm (tay chơi đầu tiên thương mại hóa thành công CPU ARM). Sau Qualcomm, nhiều đối thủ khác đã nỗ lực tung ra các thế hệ CPU mạnh mẽ hòng chiếm lĩnh thị phần song hầu hết đều thất bại; cho đến khi Ampere Computing nổi lên với tham vọng cạnh tranh cùng Intel trên thị trường CPU máy chủ và trung tâm dữ liệu, hay NVIDIA dự kiến sắp ra mắt dòng CPU Grace – siêu chip chuyên dụng cho trí tuệ nhân tạo (AI).

Bên cạnh đó, chúng ta còn chứng kiến sự xuất hiện của những thiết kế CPU từ các công ty vốn không chuyên về sản xuất chip. Điển hình là dòng chip M (cho iPhone và Macbook) của Apple – được đánh giá là CPU tốt nhất thị trường hiện nay về mặt hiệu năng. Tiếp nữa là nỗ lực tự chủ của các hyperscalers3 như Amazon với CPU Graviton (được trang bị trên trung tâm máy chủ đám mây của hãng) – hiện đang ở thế hệ thứ ba; Alibaba thì có Yi Tian (Ỷ Thiên),... Ngoài ARM Holding, còn ít nhất hai hãng nữa đang bí mật phát triển kiến trúc CPU dựa trên nền tảng RISC-V4. Riêng Trung Quốc thì đang hậu thuẫn cho ba công ty thiết kế CPU mới: Loongson (Long Tâm), Zhaoxin (Triệu Tâm) và HJ Micro; trong khi Rockchip thì vẫn miệt mài bán chip cho các hãng sản xuất thiết bị giá rẻ như bộ định tuyến (router), TV set top box,... AMD được cho là đã thành lập một liên danh để sản xuất CPU tại Trung Quốc nhưng gặp nhiều khó khăn do căng thẳng địa chính trị. Chưa hết, danh sách này cũng nên liệt kê cả Huawei với dòng HiSilicon Kunpeng (Côn Bằng, hai linh vật trong thần thoại Trung Quốc: cá côn và chim bằng) – vốn là ứng viên đầy triển vọng cho các trung tâm dữ liệu trước khi bị lệnh cấm vận do Hoa Kỳ áp đặt làm suy yếu. Hiện có tin đồn cho rằng Huawei đang hợp tác cùng SMIC (thay vì TSMC không muốn trái ý Mỹ) để chế tạo và thương mại hóa lại sản phẩm này trên quy trình 14nm. Ngoài ra, rất nhiều startup ở Trung Quốc cũng đang ấp ủ những dự án thiết kế và sản xuất CPU.

(*) Nhân định của chuyên gia phân tích công nghệ Jonathan Goldberg.

1. Danh sách bao gồm: Alibaba, Amazon, AMD, Ampere, Apple, HJ Micro, Huawei, Intel, Loongson, Nvidia, Qualcomm, Rockchip, Zhaoxin, chưa kể các start-up theo đuổi kiến trúc RISC-V. Ngoại trừ Intel, hầu hết những công ty này đều không xây dựng fab bán dẫn riêng do rào cản chi phí quá lớn; họ thường tập trung vào khâu thiết kế và thương mại hóa sản phẩm, còn lại thì thuê TSMC, Samsung, UMC,... sản xuất.

2. ARM (viết tắt của Advanced RISC Machine) là một họ kiến trúc dạng RISC được ARM Holdings (hiện thuộc sở hữu của Softbank) phát triển và cấp phép cho các đối tác (như Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, ...) thiết kế những sản phẩm riêng.

RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer) là một phương pháp thiết kế các bộ vi xử lý (CPU) theo hướng đơn giản hóa tập lệnh với thời gian thực thi tất cả các lệnh đều như nhau. Các CPU được thiết kế dựa trên kiến trúc RISC thường đòi hỏi ít bóng bán dẫn (transistor) hơn thiết kế theo kiểu điện toán tập lệnh phức tạp (CISC) như kiến trúc x86 trên hầu hết máy tính cá nhân (PC) hiện nay – điều này giúp cải thiện chi phí, hiệu suất tiêu thụ năng lượng và tản nhiệt. Các kiến trúc RISC phổ biến hiện nay là ARM, SuperH, MIPS, SPARC, DEC Alpha, PA-RISC, PIC, và PowerPC của IBM.

3. Amazon, Google, Facebook, Microsoft, Baidu, Alibaba, Tencent, Oracle, JD.com và Apple là những doanh nghiệp được xếp vào nhóm hyperscalers khi tiêu thụ tới 50% CPU và 70 – 80% linh kiện bán dẫn chuyên dụng cho máy chủ, trung tâm dữ liệu.

4. RISC-V tức phương pháp thiết kế các bộ vi xử lý (CPU) bằng kiến trúc tập lệnh mở RISC thế hệ 5, được Đại học Berkeley khởi xướng nhằm làm lợi cho cộng đồng, nhất là giới nghiên cứu khoa học khi các đối tác thiết kế chip sẽ không phải trả phí bản quyền cho việc sử dụng kiến trúc RISC-V. Đây là hướng đi tốt mà Việt Nam có thể tập trung theo đuổi.