Thế Việt
Writer
Năm 2025 đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử ngành công nghiệp bán dẫn: 40 năm kể từ ngày bộ vi xử lý ARM1 đầu tiên được công bố tại Cambridge (Anh) vào năm 1985. Từ khởi đầu khiêm tốn đó, kiến trúc Arm đã có một hành trình phi thường, trở thành nền tảng cho hơn 250 tỷ con chip được sản xuất và tích hợp vào vô số thiết bị điện tử, từ điện thoại thông minh, máy tính bảng đến các hệ thống nhúng và siêu máy tính.
Khởi đầu từ nhu cầu thực tế và triết lý RISC
Vi xử lý ARM1 ban đầu được hai kỹ sư tài năng là Sophie Wilson và Steve Furber tại công ty Acorn Computers thiết kế nhằm cung cấp sức mạnh cho dòng máy tính mới Acorn Archimedes, kế nhiệm chiếc BBC Micro vốn dùng chip MOS Technology 6502 8-bit đã trở nên lỗi thời. Một trong những yêu cầu quan trọng ngay từ đầu là hiệu quả năng lượng. Do hạn chế về chi phí, Acorn không thể đóng gói chip bằng vật liệu gốm đắt tiền mà phải dùng vật liệu nhựa rẻ hơn, đòi hỏi con chip phải tỏa ít nhiệt hơn.
Giải pháp mà nhóm kỹ sư lựa chọn là dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer - Máy tính có tập lệnh đơn giản hóa), một triết lý thiết kế mới nổi khi đó (được tiên phong tại Đại học California năm 1982). Thay vì cố gắng nhồi nhét thật nhiều lệnh phức tạp vào phần cứng như kiến trúc CISC phổ biến trên máy tính cá nhân, RISC tập trung vào việc tối ưu hóa một tập lệnh nhỏ gọn, thường xuyên được sử dụng nhất trên phần cứng, còn các tác vụ phức tạp hơn sẽ do phần mềm xử lý. Cách tiếp cận này giúp chip Arm có thiết kế đơn giản hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và hiệu quả hơn trên mỗi watt điện. Con chip ARM1 đầu tiên chỉ có khoảng 6.000 cổng logic, một con số cực kỳ nhỏ bé so với hàng trăm triệu cổng trên các chip Arm hiện đại.
Những bước ngoặt và mô hình kinh doanh độc đáo
Dù ban đầu chỉ phục vụ máy tính Acorn, kiến trúc Arm bắt đầu thu hút sự chú ý từ các công ty lớn khác. Năm 1993, Apple đã chọn chip Arm cho thiết bị kỹ thuật số cá nhân (PDA) Newton MessagePad. Mặc dù Newton không thành công về mặt thương mại, nó đã mở đường cho Arm tiếp cận các nhà sản xuất thiết bị khác. Bước ngoặt thực sự đến vào cuối những năm 1990 khi Nokia, gã khổng lồ điện thoại di động thời bấy giờ, quyết định sử dụng kiến trúc Arm cho chiếc Nokia 6110 bán chạy kỷ lục. Từ đó, Arm trở thành lựa chọn hàng đầu và gần như độc quyền cho kỷ nguyên điện thoại di động và smartphone sau này.
Sự thống trị của Arm không chỉ đến từ ưu thế kỹ thuật của kiến trúc RISC tiết kiệm năng lượng, mà còn từ mô hình kinh doanh độc đáo: Arm không tự sản xuất hay bán chip. Thay vào đó, họ thiết kế các lõi xử lý và kiến trúc, sau đó cấp phép sở hữu trí tuệ (IP) này cho các công ty khác như Apple, Samsung, Qualcomm, MediaTek, Nvidia... để họ tự tùy biến, thiết kế và đặt hàng sản xuất chip riêng dựa trên nền tảng Arm. Mô hình này tạo ra một hệ sinh thái đa dạng, linh hoạt và thúc đẩy sự cạnh tranh, đổi mới không ngừng.
Sau 40 năm, kiến trúc Arm đã trở thành một phần không thể thiếu của thế giới công nghệ, hiện diện trong hầu hết mọi chiếc smartphone, máy tính bảng, thiết bị đeo thông minh và ngày càng lấn sân sang cả máy tính cá nhân, máy chủ và siêu máy tính. Cột mốc 250 tỷ chip là minh chứng rõ ràng nhất cho sự thành công và tầm ảnh hưởng sâu rộng của kiến trúc vi xử lý khởi nguồn từ Cambridge này.
Khởi đầu từ nhu cầu thực tế và triết lý RISC
Vi xử lý ARM1 ban đầu được hai kỹ sư tài năng là Sophie Wilson và Steve Furber tại công ty Acorn Computers thiết kế nhằm cung cấp sức mạnh cho dòng máy tính mới Acorn Archimedes, kế nhiệm chiếc BBC Micro vốn dùng chip MOS Technology 6502 8-bit đã trở nên lỗi thời. Một trong những yêu cầu quan trọng ngay từ đầu là hiệu quả năng lượng. Do hạn chế về chi phí, Acorn không thể đóng gói chip bằng vật liệu gốm đắt tiền mà phải dùng vật liệu nhựa rẻ hơn, đòi hỏi con chip phải tỏa ít nhiệt hơn.
Giải pháp mà nhóm kỹ sư lựa chọn là dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer - Máy tính có tập lệnh đơn giản hóa), một triết lý thiết kế mới nổi khi đó (được tiên phong tại Đại học California năm 1982). Thay vì cố gắng nhồi nhét thật nhiều lệnh phức tạp vào phần cứng như kiến trúc CISC phổ biến trên máy tính cá nhân, RISC tập trung vào việc tối ưu hóa một tập lệnh nhỏ gọn, thường xuyên được sử dụng nhất trên phần cứng, còn các tác vụ phức tạp hơn sẽ do phần mềm xử lý. Cách tiếp cận này giúp chip Arm có thiết kế đơn giản hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và hiệu quả hơn trên mỗi watt điện. Con chip ARM1 đầu tiên chỉ có khoảng 6.000 cổng logic, một con số cực kỳ nhỏ bé so với hàng trăm triệu cổng trên các chip Arm hiện đại.
Những bước ngoặt và mô hình kinh doanh độc đáo
Dù ban đầu chỉ phục vụ máy tính Acorn, kiến trúc Arm bắt đầu thu hút sự chú ý từ các công ty lớn khác. Năm 1993, Apple đã chọn chip Arm cho thiết bị kỹ thuật số cá nhân (PDA) Newton MessagePad. Mặc dù Newton không thành công về mặt thương mại, nó đã mở đường cho Arm tiếp cận các nhà sản xuất thiết bị khác. Bước ngoặt thực sự đến vào cuối những năm 1990 khi Nokia, gã khổng lồ điện thoại di động thời bấy giờ, quyết định sử dụng kiến trúc Arm cho chiếc Nokia 6110 bán chạy kỷ lục. Từ đó, Arm trở thành lựa chọn hàng đầu và gần như độc quyền cho kỷ nguyên điện thoại di động và smartphone sau này.
Sự thống trị của Arm không chỉ đến từ ưu thế kỹ thuật của kiến trúc RISC tiết kiệm năng lượng, mà còn từ mô hình kinh doanh độc đáo: Arm không tự sản xuất hay bán chip. Thay vào đó, họ thiết kế các lõi xử lý và kiến trúc, sau đó cấp phép sở hữu trí tuệ (IP) này cho các công ty khác như Apple, Samsung, Qualcomm, MediaTek, Nvidia... để họ tự tùy biến, thiết kế và đặt hàng sản xuất chip riêng dựa trên nền tảng Arm. Mô hình này tạo ra một hệ sinh thái đa dạng, linh hoạt và thúc đẩy sự cạnh tranh, đổi mới không ngừng.
Sau 40 năm, kiến trúc Arm đã trở thành một phần không thể thiếu của thế giới công nghệ, hiện diện trong hầu hết mọi chiếc smartphone, máy tính bảng, thiết bị đeo thông minh và ngày càng lấn sân sang cả máy tính cá nhân, máy chủ và siêu máy tính. Cột mốc 250 tỷ chip là minh chứng rõ ràng nhất cho sự thành công và tầm ảnh hưởng sâu rộng của kiến trúc vi xử lý khởi nguồn từ Cambridge này.
