Những thiết kế chip của ARM là “trái tim” của iPhone và gần như mọi smartphone hiện đại. Nó xuất hiện trong hầu hết lĩnh vực công nghệ khác, từ thiết bị theo dõi tập luyện tới máy chủ. Một công ty thành công đến vậy nhưng lại rất ít người biết tới.

Gốc gác của ARM

ARM manh nha từ trước cả khi người ta tưởng tượng ra smartphone. Năm 1990, ARM tách khỏi Acorn Computers, một tên tuổi nổi tiếng của xứ sở sương mù. Thành lập tại Cambridge năm 1978, đây là một trong số ít startup đặt nền móng cho máy tính siêu nhỏ (microcomputer). Sản phẩm đầu tay, Acorn System 1, tương đối tiêu biểu ở thời điểm đó. Với giá 80 bảng, nó hướng tới các trường đại học, đi kèm một màn hình LED nhỏ, một bàn phím và một giao diện cassette.

Tiếp đó, Acorn cho ra đời System 2, 3, 4 cũng như Acorn Atom nhưng bước ngoặt chỉ thực sự đến vào năm 1981, khi họ được BBC lựa chọn để sản xuất một chiếc máy đi kèm với loạt phim truyền hình nhằm nâng cao trình độ tin học trên toàn quốc. Acorn đưa ra máy tính Proton và sau này đổi tên thành BBC Micro, phát hành tháng 12 cùng năm. Đến năm 1984, khoảng 80% trường học Anh sở hữu một máy tính này và chính phủ trợ giá một nửa.

Acorn dường như sẽ là một người chơi lớn trong kỷ nguyên thông tin. Vì vậy, công ty bắt đầu đặt nền móng cho tương lai của mình. Họ biết cần tăng tốc phần cứng để phù hợp với giao diện đồ họa người dùng. Tuy nhiên, với một công ty có quy mô chỉ 400 nhân viên như Acorn, rất khó để thiết kế chip từ số không. Thâu tóm hãng khác không phải là một lựa chọn tốt.

Câu trả lời cho Acorn đến từ một tập tài liệu mà đồng sáng lập Hermann Hauser đặt lên bàn của Giám đốc thiết kế Stephen Furber. Ông Furber cùng với cộng sự Sophie Wilson đã tìm ra một loại vi xử lý mới từ nghiên cứu của Berkeley thuộc Đại học California, có tên “reduced instruction set computing” hay Risc. Các thiết kế Berkeley Risc là công trình của hai sinh viên sau đại học David Patterson và Carlo Sequin. Tháng 2/2015, đóng góp của họ cho lịch sử điện toán đã được Viện Kỹ sư điện và điện tử vinh danh.

Phát minh của hai học giả Patterson và Sequin vô cùng quan trọng với các nhà nghiên cứu Acorn. Ông Furber đánh giá, dù thiết kế trong chưa đầy một năm, nó vẫn đủ sức cạnh tranh với các sản phẩm thương mại hàng đầu và đặc biệt đơn giản. Máy tính sử dụng con chip ra đời từ thiết kế này có tên Acorn Risc Machine (ARM).

Những con chip Risc giúp Acorn bùng nổ và nhanh chóng lọt mắt xanh của Apple. Năm 1990, hai bên hợp tác để thiết kế bộ xử lý mới cho máy tính Newton. Công ty do Apple và Acorn thành lập để gánh vác trọng trách được gọi là ARM.

Thiết kế Risc hoàn toàn phù hợp với Newton, cho phép sử dụng năng lượng ít hơn, là tiền đề để xây dựng smartphone. Tuy nhiên, kiến trúc bất thường ấy lại làm tổn thương Acorn, buộc họ rời xa thị trường máy tính cá nhân. Trong khi đó, liên minh Wintel (Mirosoft Windows và Intel) dần chiếm lĩnh thị trường. Bạn không thể chạy Windows trên máy tính dùng chip ARM của Acorn. Acorn không có đủ tiềm lực để khuyến khích lập trình viên làm việc trực tiếp trên nền tảng của họ. Kỹ thuật xuất sắc không chuyển hóa thành kết quả kinh doanh ổn định.

Lặng lẽ cống hiến

Vận may của Acorn và ARM cũng rẽ theo các hướng khác nhau. Trong thập kỷ tiếp theo, Acorn nhiều lần thay đổi nhưng vẫn lỗ khoảng 10 triệu bảng mỗi năm. Năm 1999, sau khi đổi tên thành Element 14, họ bị một công ty khác mua lại. Toàn bộ lợi nhuận của họ đến từ 24% cổ phần trong ARM.

Cùng lúc này, ARM ngày càng vững mạnh ngay cả khi họ không hề được công chúng biết tới. Chuyên môn thiết kế bộ xử lý điện năng thấp giúp ARM tận dụng được cuộc cách mạng smartphone và làm mới quan hệ với Apple vào năm 2007. iPhone đầu tiên sử dụng chip ARM thiết kế do Samsung sản xuất. Những hãng khác mau chóng học theo Apple. Ngày nay, gần như mọi smartphone trên thị trường đều dùng chip ARM.

Nếu Acorn từng thất bại trước Wintel, Wintel giờ đây lại thất bại trước ARM. Windows và Intel phải vật lộn xoay chuyển công nghệ để phù hợp với nhu cầu điện năng thấp của điện thoại di động, trong khi ARM dẫn đầu. Năm 2007, Intel từ bỏ dòng chip Pentium để chuyển sang chip Core nhưng vẫn mất thêm một năm để ra mắt dòng chip di động Atom.

ARM hiểu rõ họ đi đầu về kỹ thuật và trình bày điều đó cho bất cứ ai. Laurence Bryant, Giám đốc Tiếp thị chiến lược ARM, cho biết nếu nhìn vào lịch sử ARM, họ luôn tập trung vào điện năng thấp và di động. Đó là di sản và nằm trong DNA công ty. ARM không ngừng tăng cường năng lực điện toán và trải nghiệm người dùng, mà không hi sinh lợi ích của tiêu thụ năng lượng.

Thay vì chỉ tập trung vào lợi ích kỹ thuật của con chip, ARM nhấn mạnh tới việc hợp tác với các nhà sản xuất. Ed Gemmell, Giám đốc Tiếp thị nhãn hiệu, tiết lộ hai lợi thế cạnh tranh của ARM: xử lý điện năng thấp và hệ sinh thái xoay quanh chip. Hơn nữa, họ “không bảo đối tác phải làm cái gì”. ARM cung cấp bộ xử lý di động tốt nhất, còn đối tác muốn kết hợp linh kiện thế nào là tùy vào họ. Không phải công ty nào cũng làm như ARM, chẳng hạn, Intel kiểm soát quá nhiều phát minh của họ trên máy tính, để lại ít khoảng trống cho nhà sản xuất. “Đó không phải môi trường lành mạnh và con đường đến với đổi mới sẽ chậm lại”, ông Gemmell nhận xét.

ARM không thiết kế toàn bộ một con chip mà chỉ thực hiện công việc đòi hỏi chuyên môn cao là bố trí bộ xử lý trung tâm rồi gửi thiết kế đó cho bên thứ ba. Bên thứ ba sẽ bổ sung các yếu tố để biến nó thành một hệ thống trên chip (system on a chip – SoC). Tuy nhiên, một số hãng như Apple sẽ trả thêm để tự mày mò.

Cách làm việc đó khiến cho ARM trở nên độc đáo. Các kình địch có thể đặt niềm tin vào ARM. Cả Nvidia và Intel đều dùng công nghệ ARM dù cạnh tranh với nhau và với chính ARM vì họ biết ARM sẽ không chiến đấu với họ để giành người dùng cuối. Bạn sẽ không bao giờ mua được một con chip do ARM sản xuất, vì thế Intel hài lòng khi hợp tác với ARM.

Những thiết kế của ARM có thể tái sử dụng trong nhiều tình huống khác nhau, chẳng hạn trong cả smartphone lẫn bộ định tuyến. Chính vì lý do đó, năm 2014, một nửa thu nhập của hãng đến từ thiết kế đã 5 năm tuổi.

Các bộ xử lý dùng thiết kế ARM ngày nay không chỉ có mặt trên smartphone mà còn trong cả máy chủ hay nhà thông minh. Mục tiêu của ARM không phải là trở thành thương hiệu quốc dân, mà lặng lẽ hỗ trợ vận hành các thiết bị điện tử mà mọi người đang sử dụng hàng ngày.

Theo Du Lam