Intel là tập đoàn đa quốc gia, từng thống trị thị trường thiết kế và sản xuất chip trong nhiều thập kỷ. Sau khi thành lập vào năm 1968, Intel chủ yếu đảm nhận công việc chế tạo bộ vi xử lý theo đơn đặt hàng cho các tập đoàn lớn.

Tập đoàn Busicom của Nhật Bản, một trong những khách hàng của Intel khi đó, đã đặt hàng bộ vi xử lý tuỳ chỉnh tích hợp hoàn toàn vào trong một chip xử lý nhỏ duy nhất. Với sự giúp đỡ của nhà vật lý Federico Faggin, công ty Mỹ đã chế tạo thành công vi xử lý Intel 4004, có khả năng hoạt động đầy đủ chức năng trong môi trường thử nghiệm, trước khi thương mại hoá thành một sản phẩm công nghệ có sẵn.

Điều này không chỉ đánh dấu bước đột phá của Intel trong lĩnh vực sản xuất chip máy tính cá nhân mà còn là khởi đầu loạt nghiên cứu, thử nghiệm nhằm thay đổi và cuối cùng thống trị trải nghiệm người dùng.

Stan Mazor, nhà đồng thiết kế chip 4004, từng nhận xét: “Con chip 4004 quá cách mạng, đến nỗi Intel phải mất đến 5 năm mới có thể huấn luyện cho các kỹ sư về cách xây dựng các sản phẩm mới dựa trên các bộ vi xử lý đó. Cuối cùng Intel đã rất thành công trên hành trình này”.

Intel 4004 được nối tiếp bởi những phiên bản kế nhiệm cho đến năm 1981. Nhưng trước đó, công ty đã đạt được một thành công mới trong kiến trúc thiết kế chip, mà vào thời điểm đó không ai nghĩ sẽ trở thành nền tảng tương lai cho lĩnh vực công nghiệp này.

Về mặt lý thuyết, mỗi CPU được thiết kế theo một Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture) cụ thể, để chỉ dẫn CPU tiến hành các tác vụ. Các hướng dẫn này, được viết bằng ngôn ngữ hợp ngữ, chạy các mã toán học của CPU, do đó, nó kiểm soát việc hiểu, xử lý và thực thi lệnh cuối cùng của vi xử lý.

Kiến trúc x86 là một bộ hướng dẫn tập lệnh tương tự, lần đầu tiên được Intel công bố thông qua bộ xử lý 8086 vào năm 1978. Kiến trúc x86, về mặt kỹ thuật, được gọi là kiến trúc CISC (Tính toán tập lệnh phức tạp). Hiểu một cách đơn giản, CISC được tạo ra để thực thi các lệnh phức tạp trên máy tính bằng cách làm cho bộ xử lý có đủ khả năng để hiểu nhiều hướng dẫn vận hành dưới dạng một khe dữ liệu duy nhất. Điều này cho phép hệ thống máy tính và phần mềm có thể khởi chạy ứng dụng yêu cầu nhiều bộ nhớ.

Cái tên “x86” bắt nguồn từ dòng bộ xử lý đầu tiên mà Intel tung ra với hậu tố “86” như 8086, 80186 và 80286. Intel sau đó bị cạnh tranh trên thị trường bởi dòng bộ xử lý 68000 của Motorola - dùng trên máy tính Apple Macintosh. Tuy nhiên, khả năng tương thích ngược của x86 đối với các thiết bị cũ hơn và mới hơn đã giúp Intel dễ dàng duy trì thị phần.

Hơn nữa, sự thất bại của Macintosh dẫn đến việc Motorola không đủ khả năng cung cấp bộ xử lý với số lượng lớn cho IBM. Và đây là một trong những lý do khiến công ty dẫn đầu ngành khi đó, quay sang bắt tay với Intel. Từ đó, x86 trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp, thành nền tảng thúc đẩy những công ty khác phải phát triển những kiến trúc và hướng dẫn chip dựa trên nó.

AMD, viết tắt của Advanced Micro Devices Inc. được thành lập cùng thời điểm với Intel. Công ty này khởi đầu là nhà cung ứng thứ cấp cho Fairchild Semiconductor (nơi các nhà sáng lập AMD từng làm việc), sau đó liên doanh với tập đoàn Siemens của Đức.

Bước nhảy vọt của AMD đến sau khi được tiếp cận cơ sở dữ liệu về kiến trúc x86 của Intel. Điều này đến sau khi IBM yêu cầu Intel phải tìm kiếm một nhà sản xuất bộ xử lý x86 thứ hai để tránh chuỗi cung ứng phụ thuộc vào một công ty duy nhất. Không ai khác AMD đã nhận được gói thầu “bước ngoặt” này, mở ra mối quan hệ hợp tác kéo dài 10 năm giữa hai công ty sau này trở thành đối thủ chính của nhau.

Song song giữ vai trò nhà cung cấp bộ xử lý x86 sau Intel, AMD trong 5 năm tiếp theo, đã tung ra bộ xử lý của riêng mình, nhân bản từ kiến trúc x86 của đối tác, châm ngòi cho sự cạnh tranh tương lai.

Trong bối cảnh hiện tại, AMD là đối thủ cạnh tranh duy nhất của Intel trong ngành thiết kế chip. Tuy nhiên, Intel có quy trình chế tạo nội bộ, cho phép hãng đảm bảo vật liệu có chất lượng tốt hơn trong bộ xử lý của mình. Mặt khác, AMD vẫn gia công chế tạo bên ngoài và đang giải quyết các vấn đề về nhiệt độ. Tuy nhiên, kiến trúc chip Ryzen mới của AMD đã chứng tỏ được sự thành công và vượt trội so với Intel trên thị trường ở một số mức độ nhất định. Không chỉ vậy, hãng còn đang nhắm đến thị phần máy chủ trung tâm dữ liệu, vốn là “lãnh địa” truyền thống của Intel.

ARM Holdings trước đây được gọi là Acorn Computers, nơi một số kỹ sư từ Cambridge đã phát triển thành công con chip xử lý tiết kiệm điện, được thiết kế trên kiến trúc hoàn toàn khác có tên RISC (Bộ tính toán tập lệnh giảm bớt).

Không giống như CISC, kiến trúc này có khả năng xử lý tất cả tính toán cho CPU trong các gói dữ liệu đơn lẻ, cho phép máy tính giải quyết các tác vụ cơ bản ngay trên bộ lưu trữ. Song, nó cũng đi kèm một nhược điểm, khi không thể thực hiện tác vụ hệ thống máy tính quy mô lớn hoặc khởi chạy những ứng dụng cần nhiều bộ nhớ.

Nguyên nhân là bộ nhớ bị quá tải bởi lượng dữ liệu lệnh khổng lồ. Ngay cả trong trường hợp một con chip đủ khoẻ để chạy máy chủ hoặc hệ thống lớn, thì nó cũng không hiệu quả về mặt chi phí, độ trễ hay vấn đề quá nhiệt.

Dù vậy, lợi thế lớn nhất của các chip RISC là tiết kiệm năng lượng, thậm chí có thể tận dụng năng lượng từ các thành phần bên cạnh. Điều này khiến chúng có cơ hội “toả sáng” trên các thiết bị di động. Từ đây, một thoả thuận giữa Acorn và Apple đã được ký kết, tạo ra sản phẩm trợ lý máy tính cá nhân Newton.

Không phủ nhận Newton là một thất bại, nhưng mang đến thành công không ngờ tới là việc cả thế giới biết đến bộ xử lý có thể chạy trên các thiết bị di động. Acorn trở thành ARM và phát hành IPO vào năm 1998, sau đó âm thầm thâu tóm hơn 20 tổ chức, công ty trong lĩnh vực nghiên cứu và kinh doanh bán dẫn. 

Kể từ đó, công ty này mở rộng đầu tư cho nghiên cứu, trở thành nguồn kiến trúc của nhiều loại bộ xử lý chạy trên điện thoại thông minh hiện đại của các thương hiệu như Samsung và Apple. Trong kỷ nguyên đám mây và di động, ARM dần lộ diện trở thành đối thủ đáng gờm với Intel.

Thiết kế: Nguyễn Hoàng Cúc