Bí ẩn Intel và sự thống trị tuyệt đối thị trường vi xử lý hàng chục năm qua

Tính đến thời điểm bài viết này tới tay độc giả, Intel đã thống trị thị trường vi xử lý toàn cầu trong hơn 20 năm liên tục. Theo một số báo cáo mới được công bố, ngôi vị mà hãng đang sở hữu không có dấu hiệu bị lung lay; trái lại, doanh thu năm tài khóa 2011 của Intel tăng hơn 20%, thị phần của hãng cũng tăng lên mức cao nhất trong 10 năm trở lại đây.

 

 

Nền tảng Ivy Bridge (được chính thức giới thiệu vào ngày 23/4 vừa qua) không chỉ đánh dấu sự ra đời của một thế hệ CPU mới, mà còn tiếp tục khẳng định sự vượt trội của Intel so với các đối thủ cạnh tranh trên thị trường vi xử lý toàn cầu. Trong khi TSMC và Global Foundries vẫn đang phải loay hoay với các vấn đề liên quan tới dây chuyền 28/32 nm, Intel cùng các CPU 22nm của mình đã thiết lập rất nhiều kỉ lục mới và tạo nên khoảng cách lớn chưa từng có tiền lệ trong lịch sử ngành công nghiệp này.

 

Thành công của Intel là sự tổng hợp của rất nhiều nhân tố; trong đó, các yếu tố sản xuất đóng vai trò rất quan trọng. Bài viết dưới đây sẽ phân tích một số điểm đặc biệt trong chiếc lược và công nghệ sản xuất của nhà cung cấp vi xử lý số một thế giới này.

 

 

Có thể độc giả sẽ ngạc nhiên, nhưng trên thị trường vi xử lý toàn cầu hiện nay gần như chỉ duy nhất Intel đạt được sự kết hợp trên. Thực tế đó bắt nguồn từ việc các hãng khác thường gặp một trong hai vấn đề: Có lợi thế về nghiên cứu thì không có lợi thế về sản xuất và ngược lại. Lấy ví dụ, bất chấp việc tự sản xuất phần lớn các sản phẩm của mình, Samsung và IBM vẫn phải liên kết với Global Foundries trong quá trình R&D. Một số công ty khác, như Qualcomm, Nvidia, Toshiba, … sở hữu đội ngũ R&D hùng hậu nhưng lại thuê sản xuất từ các đối tác như TSMC, UMC và Global Foundries.

 

 

Quá trình hợp tác trên mang lại những lợi thế nhất định cho các hãng, như tập trung chuyên môn hóa và nâng cao hiệu quả sản xuất; tuy nhiên một số vấn đề cũng theo đó mà nảy sinh, đặc biệt là những xung đột lợi ích trong quan hệ nhà nghiên cứu – nhà sản xuất. Bên cạnh đó, quá trình chuyển giao công nghệ và cải tiến dây chuyền sản xuất cũng sẽ gặp những khó khăn và độ trễ nhất định. Hơn nữa, khi sản phẩm được chính thức tung ra thị trường, sức ép nâng cao năng suất dẫn tới một số hệ lụy khác: Sản xuất gặp trục trặc, sản lượng sụt giảm, tỉ lệ sản phẩm lỗi tăng cao, …

 

Với Intel thì khác, họ làm chủ toàn bộ quá trình sản xuất, qua đó tránh khỏi các bất lợi nêu trên và giải quyết các vấn đề phát sinh một cách nhanh chóng. Ngoài Intel, Global Foundries (hãng vi xử lý được tách ra từ bộ phận sản xuất của AMD trước kia) cũng có đủ tiềm lực để vừa R&D vừa sản xuất, song hãng này không trực tiếp phát triển sản phẩm của riêng mình mà trở thành đối tác nhận nghiên cứu và gia công rất nhiều loại chip của một số hãng khác nhau như AMD, Broadcom, Qualcomm, …

 

 

Hiện tại, cũng giống như hầu hết các hãng vi xử lý khác, Intel sở hữu rất nhiều nhà máy sản xuất (fabs) trên toàn cầu; mỗi nhà máy chuyên môn hóa sản xuất một loại kích thước bản nền (wafer) nhất định và các dòng CPU thuộc những nền tảng tương ứng (45, 32, 22 nm, …). Trong mỗi lần chuyển giao công nghệ, thách thức đặt ra đối với Intel chính là việc đồng bộ hóa quá trình sản xuất tại các nhà máy này nhằm nâng cao năng suất và thỏa mãn nhu cầu của thị trường về những dòng chip mới.

 

 

Để giải quyết vấn đề trên, Intel sử dụng phương pháp Copy Exactly! – phương pháp cho phép nhân bản các mẫu thiết kế chip thành công qua nhiều nhà máy khác nhau. Phương pháp này được Intel phát triển từ cuối những năm 1980, khi hãng gặp trục trặc với nền tảng 0.5 μm. Quy trình của Copy Exactly! diễn ra như sau: Đầu tiên, dây chuyền và máy móc sản xuất được sao chép từ các nhà máy có chức năng nghiên cứu như D1C, D1D đến các nhà máy khác; sau đó từng thông số kĩ thuật bao gồm độ ẩm không khí, nhiệt độ phòng, mức hoạt động của bộ lọc gió hay thậm chí … màu sắc ánh sáng phòng cũng được điều chỉnh y hệt. Hiệu quả của Copy Exactly! được thể hiện qua bảng sau:

 

 

Xét đến dây chuyền 0.5 μm, đường màu xanh lá cây thể hiện sản lượng chip đạt được tại nhà máy sản xuất đầu tiên – sau một mức đỉnh ngắn, do gặp phải một số trục trặc, sản lượng sụt giảm nhanh chóng và phải mất hàng tháng trời mới khôi phục được. Phải đến khi nhà máy đầu tiên ổn định sản xuất, công nghệ mới được chuyển giao đến nhà máy thứ hai; ở đây, vấn đề lại tiếp diễn, khiến nhà máy này tiếp tục mất thêm một thời gian không nhỏ để khắc phục.

 

Copy Exactly! không trực tiếp giải quyết các trục trặc mà hệ thống sản xuất gặp phải, nhưng nó đảm bảo các trục trặc đó sẽ không tái diễn tại các nhà máy khác. Hơn nữa, phương pháp này cũng giúp Intel chủ động và linh hoạt hơn trong sản xuất. Các nhà máy của Intel sản xuất cùng lúc nhiều loại chip khác nhau; nếu như có một dây chuyền nào đó gặp vấn đề chưa giải quyết được, nhà máy đó có thể lập tức “chữa cháy” bằng việc sử dụng Copy Exactly! để tập trung vào một sản phẩm khác.

 

 

 

Được giới thiệu vào năm 2007, mô hình Tick-Tock đã trở thành biểu tượng cho sự phát triển mạnh mẽ của Intel những năm vừa qua. Mô hình này giúp Intel kiểm soát và đặt ra lộ trình cho những sự thay đổi trong cấp độ kiến trúc của các sản phẩm vi xử lý.

 

Theo mô hình Tick-Tock này, một kiến trúc sẽ tồn tại cho 2 thế hệ sản phẩm. Tock: tiến trình sản xuất cũ, kiến trúc mới còn Tick: tiến trình sản xuất mới, kiến trúc cũ. Lấy ví dụ về dòng chip mới nhất mà Intel cho ra mắt: Ivy Bridge. Dòng chip này nằm trong tiến trình Tick - điều đó có nghĩa rằng đây là những CPU được Intel sử dụng kiến trúc cũ (giống với Sandy Bridge) nhưng với tiến trình sản xuất hoàn toàn mới (22 nm).

 

Mô hình Tick-Tock giúp Intel tổ chức và triển khai công nghệ mới theo một lộ trình ổn định. Điều này mang lại nhiều ích lợi: thứ nhất, rủi ro về hiệu ứng domino khi một tính năng mới đưa vào có thể làm hỏng toàn bộ chu trình thiết kế sẽ được giảm thiểu; thứ hai, đội ngũ kĩ thuật sẽ có một thời gian biểu cụ thể để nghiên cứu và quyết định các cải tiến được áp dụng vào chip mới; thứ ba, lộ trình này tạo được ấn tượng lâu dài và thu hút sự chú ý lớn đối với người tiêu dùng.

 

 

Dù vậy, do gặp phải những giới hạn vật lý, mô hình Tick-Tock đặt ra những thử thách rất lớn cho Intel. Xét từ năm 2007, chỉ có 2 dòng chip Penryn và Nehalem (cùng 45nm) là được ra mắt đúng với lộ trình này. Bắt đầu từ tiến trình 32nm, Intel đã không giữ vững được mục tiêu trên: các chip Westmere ra mắt vào 2010, Sandy Bridge vào 2011 và nay là Ivy Bridge trong 2012. Nếu đúng theo lộ trình thì các chip 22nm của Intel đã tràn ngập thị trường từ năm ngoái chứ không cần chờ đến năm nay.

 

 

Chưa bàn đến ngân sách R&D, quy mô sản xuất hay đội ngũ kĩ thuật hùng hâu; chỉ qua những phân tích trên, có thể thấy thành công của Intel đến như một lẽ tất yếu. Đó là kết quả của sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà thiết kế CPU và các kĩ sư sản xuất, của một quá trình chuyển giao công nghệ hợp lý, của một lộ trình sản xuất tuyệt vời cùng rất nhiều những yếu tố khác nữa. Liệu Intel có tiếp tục thành công với những bước Tick-Tock đến các nền tảng cao hơn, liệu Intel có giữ được ngôi vị thống trị thị trường vi xử lý toàn cầu trong tương lai? Điều đó chưa được kiểm chứng, nhưng ở thời điểm hiện tại, họ đang đi trước toàn bộ ngành công nghiệp những bước dài.

 

Tham khảo: extremetech, wikipedia