Kā Intel kļuva par pasaulē lielāko mikroshēmu ražotāju: mikroshēmu dizaina un ražošanas tehnoloģiju attīstība

Intel ir daudznacionāla korporācija, kas gadu desmitiem ir dominējusi mikroshēmu projektēšanas un ražošanas tirgū. Būdams nozares līderis, uzņēmums ir noslēdzis augsta līmeņa darījumus un partnerattiecības ar lielākajām korporācijām, kas iesaistītas datorsistēmu ražošanā un montāžā. Bet kāpēc Intel ir kļuvis par dominējošo spēlētāju mikroshēmojumu dizaina biznesā un kā ir ar uzņēmumiem tajā pašā nozarē? Kāpēc Intel trūkst konkurences un kas tā ievērojamā konkurenta ARM līdzdalību ir atstājusi tumsā, neskatoties uz to, ka tam ir liela mēroga tirgus? Apskatīsim, kas Intel ieguva savu pašreizējo spēcīgo nostāju un kāpēc tā jaunākie paziņojumi par turpmākajiem pasākumiem iezīmēs vēl vienu uzņēmuma panākumu.

Pirmais solis ceļā uz evolūciju: Intel laiž klajā 4004

Ja mēs sāktu domāt par to, kā rodas procesori, kādus mēs tos pazīstam, mums būtu jāatgriežas senā pagātnē līdz silīcija atklāšanai. Procesori sākotnēji attīstījās par mikroshēmu laika gaitā no slēdžiem un vārtiem, kā ierosināja Nikola Tesla un tranzistori, kas tika izgudroti Bell Labs četrdesmitajos gados. Lai gan evolūcija varētu būt datēta, taču mūsdienu paaudzei procesori vienmēr ir definēti ar nosaukumu Intel.

Attēla avots: Intel

Pēc tās dibināšanas 1968. gadā Intel sāka izstrādāt procesorus pēc pasūtījuma lielām korporācijām, un viens no šādiem pasūtījumiem bija no Japānas uzņēmuma Busicom Corp., kurš bija lūdzis Intel izveidot pielāgota mikroprocesora sūtījumu, kas tika pilnībā integrēts vienā nelielā mikroshēma. Intel to paveica ar fiziķa Federiko Fagina palīdzību. Tā kā jaunais Intel 4004 darbojās ar pilnu funkcionalitāti testa vidēs, Intel beidzot to laida klajā kā komerciāli pieejamu tehnoloģiju. Tas iezīmēja ne tikai Intel iejaukšanos mikroshēmu ražošanā atsevišķiem datoriem, bet arī uzsāka virkni pētījumu un eksperimentu, lai mainītu un galu galā dominētu lietotāju personālās skaitļošanas pieredzē.

x86 arhitektūra: Intel dominēšana pār mikroshēmu ražošanu un dizainu

Intel 4004 sekoja tā pēcteči līdz 1981. gadam. Bet pirms tam Intel reģistrēja jaunus panākumus mikroshēmu dizaina arhitektūrā, kas tajā laikā nedomāja, ka tas kļūs par mikroshēmu dizaina un ražošanas tehnoloģiju nākotnes pamatu ne tikai Intel, bet arī citi potenciālie konkurenti šajā nozarē.

Attēla avots: Tech Radar

Katrs CPU ir izstrādāts atbilstoši noteiktai ISA, kas apzīmē Instruction Set Architecture , kas būtībā liek CPU veikt savu darbu. Šīs instrukcijas, kas ir rakstītas montāžas valodā, palaiž CPU matemātiskos kodus, tādējādi kontrolējot CPU komandu izpratni, apstrādi un galīgo izpildi. x86 arhitektūra bija līdzīgs instrukciju kopums, kas pirmo reizi atrada ceļu šajā visā, izmantojot Intel 8086 procesorus 1978. gadā. x86 arhitektūru tehniski sauc par CISC arhitektūru (Complex Instruction Set Computing).Vienkāršiem vārdiem sakot, CISC ir paredzēts sarežģītu komandu izpildei datorā, padarot procesorus pietiekami spējīgus uztvert vairākas darbības instrukcijas kā vienu datu slotu. Tas ļauj datorsistēmai palaist programmas un programmatūru, kuras darbībai nepieciešams vairāk atmiņas.

x86 arhitektūras panākumi: Intel pārspēj Motorola, kļūstot par nozares standartu

Attēla avots: Wccftech

Nosaukums “x86” tika atvasināts no sākotnējās procesoru līnijas, ko Intel uzsāka ar sufiksu “86”, piemēram, 8086, 80186 un 80286. Pēc tam Intel tirgū konkurēja ar Motorola 68000. sērijas procesoriem, kas tika izvēlēti Apple Macintosh. . Tomēr x86 saderība ar vecākām un jaunākām ierīcēm atviegloja Intel palikšanu tirgū. Turklāt Macintosh neveiksmes rezultātā Motorola nespēja nodrošināt savus procesorus lielos daudzumos toreizējam nozares līderim IBM , kurš vēlāk nolēma turpināt sadarbību ar Intel. Un šeit x86 kļuva par nozares standartu, liekot citiem balstīt savu klonēto mikroshēmu arhitektūru un norādījumus uz to pašu.

AMD: pirmais konkurents

AMD, saīsinājums no Advanced Micro Devices Inc.tika dibināta tajā pašā laikā, kad tika dibināts Intel. AMD, tāpat kā Intel, līdzdibināja tās pašas kompānijas Fairchild Semiconductors bijušie darbinieki. AMD sāka darboties kā otrais piegādātājs pašam Fairchild un vēlāk arī sāka kopuzņēmumu ar Vācijas konglomerātu Siemens. Taču AMD veica izrāvienu, kad Intel nodrošināja AMD ar x86 arhitektūras datubāzēm. Kad IBM virzījās uz priekšu ar Intel, tas līgumā izvirzīja nosacījumu, ka Intel būs jānodrošina IBM otrā avota ražotājs saviem procesoriem, kuru pamatā ir x86, un AMD saņēma piedāvājumu. Tā rezultātā starp AMD un Intel tika noslēgta desmit gadu partnerība. Šajā periodā AMD palika otrā avota piegādātājs x86 procesoriem pēc Intel, un nākamajos piecos gados laida klajā savus procesorus, kas klonēti no x86 arhitektūras, tādējādi

Pašreizējā scenārijā AMD ir vienīgais Intel konkurents mikroshēmu dizaina nozarē. Tomēr Intel ir iekšējais ražošanas process, kas ļauj nodrošināt labākas kvalitātes materiālu savos procesoros. No otras puses, AMD joprojām izmanto ārpakalpojumus un risina apkures problēmas. Tomēr AMD jaunā Ryzen mikroshēmu arhitektūra ir izrādījusies veiksmīga un noteiktos līmeņos ir pārspējusi Intel. Bet Intel joprojām dominē mikroshēmu nozares datoru un serveru sadaļā.

ARM Holdings: jauns atklājums

Uzņēmums ARM Holdings agrāk tika saukts par Acorn Computers, kur daži Kembridžas inženieri atklāja energoefektīvu procesora mikroshēmu. Atšķirība bija tāda, ka šī mikroshēma tika izstrādāta uz pilnīgi atšķirīgas arhitektūras, kas nodēvēta par RISC (samazinātu instrukciju iestatīšana skaitļošanā).. Atšķirībā no CISC, šī arhitektūra spēja apstrādāt visus CPU aprēķinus atsevišķās datu paketēs, ļaujot datoram risināt arī pamata problēmas krātuvē. Bet tur ir āķis. Lai gan mikroshēmas, kuru pamatā ir RISC, var atsevišķi uzņemt visas krātuvē esošās CPU komandas, šāda arhitektūra nespētu veikt liela mēroga datorsistēmas uzdevumus un nespētu palaist programmatūru, kurai nepieciešams vairāk atmiņas. Tas ir tāpēc, ka atmiņu patērēs instrukciju dati salīdzinoši lielā daudzumā. Pat ja mikroshēma ir izstrādāta tā, lai tā varētu darbināt serveri vai sistēmu ar lielāku atmiņu, tā nebūtu rentabla un pat saskartos ar nopietniem kavējumiem un karstuma un bojājumu problēmām.

Attēla avots: Macmint

Taču bija viena priekšrocība. Jaunās RISC mikroshēmas varēja darboties ar mazāku jaudu un pat varēja izmantot tuvumā esošo atlikušo komponentu enerģiju. Tas padarīja šīs mikroshēmas par vislabāko iespēju gūt panākumus pārnēsājamām ierīcēm, un tas noveda pie darījuma starp Acorn un Apple par Apple Newton ierīcēm. Ņūtonam neizdevās, taču izskanēja informācija, ka ir procesors, kas var darboties pārnēsājamās ierīcēs. Nosaukums ARMtika dibināts 1998. gadā uzņēmuma IPO, un kopš tā laika ARM ir iegādājies vairāk nekā divdesmit korporācijas, kas iesaistītas jebkāda veida pusvadītāju pētniecības un attīstības biznesā. Kopš tā laika uzņēmums ir ieguldījis lielus ieguldījumus pētniecībā un ir kļuvis par dažādu procesoru arhitektūras avotu, kas darbina mūsdienu viedtālruņus no tādiem zīmoliem kā Samsung un Apple. Tāpēc, ja dzirdat Qualcomm vai Cortex, ziniet, ka ARM ir iesaistīts fonā.

Tātad, kāpēc neviens nekad nav dzirdējis par ARM?

ARM ir viena no veiksmīgākajām Lielbritānijas korporācijām. Bet iemesls, kāpēc neviens īsti nezina par uzņēmumu, ir tas, ka tas nekad neprojektē vai neražo mikroshēmas savā vārdā. ARM ir pētniecībai veltīta organizācija, kas ir attīstījusi, jauninājusi un uzlabojusi savu mikroshēmojumu arhitektūru. Apmaiņā pret šo pētījumu un arhitektūru ARM iekasē no dizaineriem un ražotājiem licences maksu par sava intelektuālā īpašuma izmantošanu, kā arī iekasē honorārus par katru mikroshēmu, kas tiek pārdota viņu viedtālruņos. Energoefektīvie mikroshēmojumi ir izrādījušies veiksmīgi viedtālruņiem, un tie ir izrādījušies efektīvi, darbinot augstas klases portatīvās ierīces, kurās darbojas maza izmēra lietojumprogrammas.

Taču ARM tagad saskaras ar būtisku konkurences problēmu nākotnē. Daudzi uzņēmumi tagad ir sākuši paši ražot CPU un GPU. Qualcomm ir viens no šādiem piemēriem. To cenšas darīt arī citi. Samsung ir arī mēģinājis izveidot efektīvu mikroshēmu dizainu; tomēr, izņemot Qualcomm, neviens cits uzņēmums nav uzrādījis ievērojamus panākumus. Tikmēr ARM ir bijis licencētājs citiem viedtālruņu ražotājiem, piemēram, Huawei, LG, Apple un Samsung, un tas turpina nodrošināt tiem arhitektūras dizainus.

Ņemot vērā nesenos notikumus Qualcomm un Apple izlīgumā un jaunāko Huawei aizliegumu , viedtālruņu ražotāji cenšas nodrošināt pašpietiekamību. Vai ARM biznesa modelis zels nākotnē tikai atkarībā no autoratlīdzības par arhitektūras licencēm?

Vai ARM kādreiz pārņems Intel?

Intel ir saskārusies ar zināmiem kāpumiem un kritumiem savā mikroshēmu dizaina biznesā, taču ir gandrīz neiespējami atkāpties no Intel tā Lielbritānijas līdzinieka labā. Lai gan ARM ieņem lielāko daļu viedtālruņu tirgus, Intel un tā x86 arhitektūrai pieder galddatori, serveri un citas liela mēroga sakaru iekārtas. Kā minēts iepriekš, ARM RISC arhitektūra ne tuvu nav efektīva CISC tipa servera klonēšanai. RISC vienmēr bija paredzēts portatīvo ierīču mikroshēmām, un ARM pagaidām nav ievērojamu progresu mikroshēmu nozares klēpjdatoru un serveru sadaļā. Turklāt Intel ir ilgstošas ​​​​attiecības ar IBM, kas nodrošina Intel ienesīgu pozīciju salīdzinājumā ar ARM. Turklāt Intel ir arī zīmola nosaukuma priekšrocība, kas ir liels darījums mārketinga virzītajā biznesā.

Arī Intel partnerības programmas ar citiem uzņēmumiem saasinās. Intel jaunākajā galvenajā pasākumā tika demonstrēta partnerība ar tādiem uzņēmumiem kā HP, DELL un Acer, lai izveidotu efektīvus klēpjdatorus satura veidotājiem, kā arī partnerattiecības ar Alienware, lai izveidotu ar spēlēm saderīgus klēpjdatorus. Turklāt Intel nesen paziņoja par saviem jaunajiem Ice Lake procesoriem, kā arī plāniem laist klajā savus Athena klēpjdatorus.No otras puses, ARM nav izcēlis vai paziņojis par liela mēroga attīstību vai dažādošanu attiecībā uz tās mikroshēmu dizaina sadaļu. Ņemot vērā šo faktu, Intel jaunie Core 10 procesori būtu vēl viens šķērslis mikroshēmu nozarē, jo īpaši sadaļā, kas vērsta uz darbvirsmas un serveru barošanu. Tā kā Softbank nesen iegādājās ARM, nav skaidrs, kur tālāk virzīsies ARM mikroshēmojumu projektēšanas bizness.

Nevar teikt, ka ARM vairs nav vai Intel ir 100% panākumu līmenis. Lai gan ARM joprojām ir līderis viedtālruņu mikroshēmu dizainā, Intel ir cīnījies par ilgtspējīgu peļņu. Tas nozīmē, ka abi uzņēmumi atrodas jauktā stāvoklī ieņēmumu un tirgus daļas ziņā. Bet, ja mēs runājam par skaitļiem, Intel daudznacionālās partnerības un ieguldījumi jaunos uzņēmumos veido tā salīdzinoši lielākus ieņēmumus. Intel, iespējams, tirgū nav monopola, tā koncentrēšanās uz kvalitatīvu mikroshēmojumu dizainu vienmēr ir nokļuvusi patērētājiem, un ilgstošais zīmols, visticamāk, to saglabās arī nākotnē. Gluži pretēji, ARM pastāvīgā atkarība no licences honorāriem ir jāmaina, lai saglabātu rentablu nākotni neizbēgamās konkurences apstākļos.