Vì sao CPU đang trở thành tâm điểm trong cuộc đua AI toàn cầu?

Cơn sốt trí tuệ nhân tạo (AI) toàn cầu đang định hình lại một trong những chiến trường quan trọng nhất của lĩnh vực bán dẫn: bộ vi xử lý trung tâm (CPU).

Thị trường CPU từ lâu đã bị thống trị bởi Intel và AMD, nhưng giờ đây một làn sóng các đối thủ mới đang đổ bộ vào, bao gồm Nvidia, Qualcomm, MediaTek, Arm, Google và Amazon, cũng như các doanh nghiệp từ Trung Quốc.

Tất cả họ đều đang theo đuổi cùng một cơ hội đang tăng trưởng. Theo nhiều giám đốc điều hành trong ngành và các công ty nghiên cứu, thị trường CPU được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu AI thế hệ mới dự kiến sẽ tăng trưởng hơn 40% mỗi năm trong 5 năm tới, vượt mốc 220 tỷ USD vào năm 2030.

CPU, "bộ não" của hầu hết máy tính và máy chủ, từ lâu đã được coi là một lĩnh vực kinh doanh ổn định, trưởng thành với tiềm năng tăng trưởng hạn chế. Ban đầu, cơn sốt AI dường như càng đẩy chúng ra xa hơn khi các bộ xử lý đồ họa (GPU) và các bộ tăng tốc AI khác đảm nhận vai trò quan trọng trong việc huấn luyện các mô hình AI.

Trong giai đoạn đầu tập trung vào huấn luyện của cơn sốt điện toán AI, tỷ lệ CPU trên GPU khi chạy các khối lượng công việc điện toán thường là một trên tám. Tỷ lệ đó đã thu hẹp xuống còn khoảng một CPU cho mỗi bốn GPU, và các giám đốc điều hành trong ngành kỳ vọng nó sẽ tiếp tục thắt chặt xuống còn một trên hai, hoặc thậm chí là một trên một, khi các khối lượng công việc về lập luận, suy luận và AI tác nhân (agentic AI) đặt ra nhu cầu lớn hơn đối với CPU.

Theo nhà phân tích Vivek Arya của Bank of America, các AI tác nhân đang là tâm điểm chú ý. Những hệ thống này, vốn có khả năng lập kế hoạch, truy xuất thông tin và thực thi mã, đã đưa vào các tác vụ điều phối (orchestration tasks) để quản lý quy trình làm việc. Ông Arya cho biết, vì các tác vụ này phải được thực hiện theo trình tự và nhạy cảm với độ trễ, nên chúng phù hợp để chạy trên CPU hơn là trên các chip tăng tốc.

Bernstein Research ước tính thị trường CPU trung tâm dữ liệu sẽ mở rộng từ mức chỉ 37 tỷ USD vào năm 2025 lên 223 tỷ USD vào năm 2030. Bank of America có cái nhìn thận trọng hơn, nhưng vẫn kỳ vọng thị trường sẽ đạt hơn 170 tỷ USD vào năm 2030, tăng gần gấp năm lần so với mức hiện tại và đạt tốc độ tăng trưởng hàng năm là 37% cho đến năm 2030.

Như Nikkei Asia đã đưa tin trước đó, nhu cầu về CPU tăng vọt đã làm thắt chặt nguồn cung trên toàn ngành điện tử, bao gồm cả các nhà sản xuất PC. Tình trạng thiếu hụt nguồn cung này, đến lượt nó, đã thu hút một làn sóng các nhà sản xuất chip mới gia nhập thị trường.

"Tỷ lệ gắn kết CPU (CPU attach rates) đang tăng vọt. Bạn không thể tìm thấy CPU ở bất cứ đâu, chúng đã bị mua sạch rồi," Tony Pialis, người điều hành mảng kinh doanh trung tâm dữ liệu mới tại Qualcomm, phát biểu với các nhà đầu tư ở New York vào tháng trước. "Gã khổng lồ" chip di động này là một trong những đơn vị tích cực nhất trong việc khai thác thị trường CPU đang tăng trưởng.

Nvidia cũng đang tham gia vào cuộc đua. "Gã khổng lồ" GPU này đã bắt đầu cung cấp các CPU Vera của mình như một sản phẩm độc lập, mở rộng ra ngoài chiến lược nền tảng điện toán AI toàn diện (end-to-end) của hãng. CEO Jensen Huang cho biết riêng mảng kinh doanh CPU có thể tạo ra doanh thu hàng năm lên tới 20 tỷ USD cho công ty trong năm nay.

Theo CEO Lip-Bu Tan, Intel, nhà lãnh đạo thị trường lâu năm về CPU trung tâm dữ liệu, cũng đang chứng kiến sự gia tăng nhu cầu tương tự.

"Tôi đã nhận được vài cuộc gọi trong vài tuần qua yêu cầu cung cấp thêm CPU," ông Tan chia sẻ bên lề sự kiện thương mại Computex tại Đài Bắc vào tháng trước. Thị phần CPU trung tâm dữ liệu của Intel vẫn duy trì trên 50%.

Trong khi đó, CEO Lisa Su của AMD dự báo rằng thị trường CPU sẽ tăng trưởng ít nhất 35% trong 5 năm tới, khác hẳn với mức 3–4% của những năm trước.

Arm, công ty được SoftBank hậu thuẫn, cũng đang nhắm đến sự phục hưng của CPU khi ra mắt con chip vật lý đầu tiên của mình, một CPU dành cho máy chủ trung tâm dữ liệu, trong năm nay. Arm cho biết mảng kinh doanh CPU của họ có thể tạo ra doanh thu hàng năm lên tới 15 tỷ USD vào năm 2030.

Các "ông lớn" điện toán đám mây bao gồm Google, Amazon và Microsoft đang phát triển các CPU tùy chỉnh dựa trên kiến trúc Arm cho các trung tâm dữ liệu của riêng họ. Bao gồm cả mảng kinh doanh chip và cấp phép, Arm nói với Nikkei Asia rằng công nghệ của họ hiện cung cấp năng lượng cho hơn 50% số CPU được triển khai tại các trung tâm dữ liệu siêu quy mô (hyperscale) hàng đầu thế giới.

Làn sóng cạnh tranh này đang sẵn sàng định hình lại bối cảnh thị trường CPU.

Các nhà lãnh đạo lâu năm là Intel và AMD, với các bộ vi xử lý x86 đã thiết lập tiêu chuẩn cho điện toán hiệu năng cao, từ lâu đã dẫn đầu thị trường. Ngược lại, nhiều đối thủ hiện nay, bao gồm Nvidia, Google và Amazon, đang đặt cược vào cơ sở hạ tầng dựa trên Arm, vốn phổ biến hơn trong điện thoại thông minh và bộ vi xử lý di động nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng.

Brady Wang, giám đốc liên kết tại Counterpoint Research, cho biết: "CPU của Nvidia và Arm dựa trên kiến trúc Arm, điều này mang lại cho họ lợi thế về tiết kiệm điện năng, đặc biệt là khi các GPU vốn đã tiêu thụ quá nhiều điện. Mặt khác, CPU của Intel và AMD luôn giỏi trong việc thực hiện các tác vụ phức tạp."

Theo TechInsights, CPU trung tâm dữ liệu dựa trên kiến trúc Arm dự kiến sẽ giành được thị phần toàn cầu trong vài năm tới, từ khoảng 20% vào năm 2026, mặc dù thị trường chung cũng đang mở rộng.

Bất chấp sự thay đổi về kiến trúc này, các đơn vị dẫn đầu vẫn tập trung ở Tây Bán cầu.

James Sanders, một nhà phân tích tại TechInsights, cho biết: "Đối với các trung tâm dữ liệu, tôi nghĩ có rất nhiều cơ hội trong thị trường này. Thị phần tương đối của x86 được dự báo sẽ giảm dần qua từng năm trong vài năm tới, và một phần của câu chuyện đó là việc áp dụng ngày càng nhiều các loại chip tùy chỉnh dựa trên [kiến trúc Arm]. Nhưng nhìn chung, đây thực sự là câu chuyện về sự tăng trưởng mạnh mẽ của thị trường. Tôi nghĩ vẫn còn chỗ cho tất cả mọi người trong thị trường này."

Trung Quốc từ lâu đã hy vọng phát triển các giải pháp thay thế trong nước để giảm sự phụ thuộc vào CPU nước ngoài, và nỗ lực đó đã đạt được đà phát triển trong vài năm qua.

Các nguồn tin nói với Nikkei Asia rằng nhà phát triển CPU nội địa chủ chốt của Trung Quốc là Hygon Information Technology, đơn vị sử dụng kiến trúc x86 nhưng đang nằm trong danh sách đen thương mại của Mỹ, đang giành được thị phần tại địa phương khi các nhà cung cấp dịch vụ đám mây Trung Quốc đẩy mạnh việc tìm nguồn cung ứng trong nước. Doanh thu của Hygon đã tăng trưởng đáng kể trong vài năm qua.

David Dai, nhà phân tích tại Bernstein Research, cho biết: "Hygon sẽ được hưởng lợi từ nhu cầu CPU x86 mạnh mẽ và giành thêm thị phần tại Trung Quốc." Theo ông Dai, sự tăng trưởng này được củng cố bởi những cải tiến sản phẩm liên tục và khả năng tương tác tốt hơn với các bộ tăng tốc AI nội địa, điều này sẽ giúp các nền tảng của Hygon ngày càng khả thi hơn đối với các nhà cung cấp dịch vụ đám mây ngoài cơ sở khách hàng truyền thống là chính phủ và các doanh nghiệp nhà nước.

Bernstein ước tính thị phần của Hygon trên thị trường CPU máy chủ Trung Quốc sẽ tăng từ khoảng 20% trong năm nay lên khoảng 35% vào năm 2028, mặc dù các nhà cung cấp nước ngoài vẫn dự kiến sẽ chiếm phần lớn thị trường.

Hygon không đơn độc. Shanghai Zhaoxin Semiconductor, một nhà phát triển CPU nội địa khác tập trung vào PC và máy chủ, đang chuẩn bị niêm yết trên Star Market của Thượng Hải, tương đương với Nasdaq của Trung Quốc.

Các nhà sản xuất CPU "cây nhà lá vườn" khác, bao gồm Loongson—từng được coi là hy vọng tốt nhất của Trung Quốc trong việc xây dựng một đối thủ nội địa cạnh tranh với Intel—cũng đang mở rộng. Tuy nhiên, bất chấp doanh thu tăng trưởng ổn định trong những năm gần đây, cả Loongson và Zhaoxin vẫn đang thua lỗ.

Trong khi đó, Huawei vẫn tiếp tục phát triển các CPU máy chủ Kunpeng như một phần trong nỗ lực rộng lớn hơn nhằm xây dựng một hệ sinh thái điện toán tự chủ.

Do sức mạnh tính toán tương đối thấp hơn, CPU chịu ít sự kiểm soát xuất khẩu khắt khe hơn từ Mỹ so với GPU. Kết quả là, thị trường CPU là một trong số ít phân khúc mà các nhà sản xuất chip Mỹ vẫn có thể cạnh tranh tại Trung Quốc, ngay cả khi họ phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng tăng từ các đối thủ nội địa của quốc gia này.

Cả Huang của Nvidia và Su của AMD đều thừa nhận tầm quan trọng và tính cạnh tranh của thị trường Trung Quốc. CEO Cristiano Amon của Qualcomm nói với Nikkei Asia rằng công ty của ông có kế hoạch thiết kế riêng các con chip cho khách hàng trung tâm dữ liệu Trung Quốc tuân thủ các quy định kiểm soát xuất khẩu của Mỹ. Trong khi đó, Arm thông báo rằng ByteDance là khách hàng đầu tiên quan trọng sử dụng các CPU AGI của họ.

Thị trường PC là một đấu trường khác mà cuộc đua CPU đang nóng lên nhờ sự trỗi dậy của AI tác nhân, mặc dù nơi đây đã chật chội với các tên tuổi hiện có như Intel, AMD và Qualcomm.

MediaTek, nhà phát triển chip điện thoại thông minh hàng đầu thế giới tính theo sản lượng xuất xưởng, lần đầu tiên đã thâm nhập vào việc thiết kế CPU cho máy tính xách tay, bắt tay với Nvidia để cùng phát triển siêu chip RTX Spark cho máy tính Windows. Con chip này đi kèm với một CPU tùy chỉnh của MediaTek được tích hợp với GPU Blackwell của Nvidia.

Hai công ty đặt nhiều kỳ vọng vào RTX Spark, với CEO Rick Tsai của MediaTek cho biết sản phẩm này có kiến trúc "đúng đắn" cho kỷ nguyên AI tác nhân và sẽ mang lại cho PC "một sức sống mới sau 40 năm."

Một giám đốc điều hành tại một nhà cung cấp cho Nvidia, Apple, HP và Google nói với Nikkei Asia rằng thị trường không nên xem nhẹ CPU Vera độc lập và chip RTX Spark của Nvidia.

"Xét đến sự thống trị của Nvidia trong cơ sở hạ tầng AI, chúng tôi cho rằng các CPU của họ sẽ gây ra áp lực nhất định lên Intel và AMD," chuyên gia kỳ cựu trong ngành này nhận định. "Tuy nhiên, chúng ta cũng không nên đánh giá thấp năng lực công nghệ mạnh mẽ, khả năng sản xuất và vị thế thị trường của Intel trong các thiết bị đầu cuối như ngành công nghiệp PC. Cuộc đua chỉ mới bắt đầu."

Bài viết này xuất hiện lần đầu trên Nikkei Asia. Bài viết đã được đăng lại tại đây như một phần trong quan hệ đối tác đang diễn ra giữa 36Kr và Nikkei.