Nvidia giành thị phần thẻ đồ hoạ

năm 1995 hơn 30 công ty tranh nhau xây dựng những chip đồ hoạ xịn nhất cho máy tính cá nhân

sau 6 năm chỉ còn sót lại 3 công ty: dẫn đầu là Nvidia - lấy tên từ tiếng Latin "invidia" nghĩa là "thèm muốn" [envy]

tháng 10 năm 2021 công ty Nvidia là lớn thứ 15 thế giới, giá trị vốn hoá thị trường hơn 500 tỷ đôla Mỹ và đang tìm cách mua lại ARM với giá 40 tỷ đôla

Khởi nghiệp
năm 1993 Jensen Huang, Chris Malachowsky và Curtis Priem (ảnh dưới: ngoài cùng bên phải) đồng sáng lập Nvidia

Jensen Huang sinh ra ở Đài Nam là cựu giám đốc phòng phần mềm lõi [coreware] ở LSI Logic Corporation, là chủ tịch kiêm CEO của Nvidia còn Malachowsky (ảnh dưới) và Priem làm phần kỹ thuật

thập niên 1970 đã có console trò chơi điện tử Atari đầu tiên ra mắt và được trang bị chip đồ hoạ

thập niên 1980 những thẻ đồ hoạ thương mại đầu tiên: trang bị chip hoặc bảng mạch cắm vào máy tính chính - bộ điều khiển đồ hoạ chuyên nghiệp IBM [PGA - professional graphic controller] sử dụng một vi xử lý Intel 8088 tích hợp bên trong [on-board] để làm công việc video

năm 1984 lần đầu ra mắt, PGA quá đắt: 4 đến 5000 đôla và chỉ tương thích với máy tính IBM bấy giờ - bán không chạy

cuối thập niên 1980 công ty đồ hoạ silic [SGI - silicon graphics inc] xuất hiện thống trị thị trường đồ hoạ: hãng đầu tiên tinh tế hoá [refine] ý tưởng một đường ống [pipeline] đồ hoạ - mô hình khái niệm để cho thấy những công đoạn mà qua đó dữ liệu đồ hoạ được xử lý

nói cách khác thì đường ống đồ hoạ sẽ phiên dịch các toạ độ vào không gian 2 chiều trên màn ảnh

năm 1992 SGI ra mắt OpenGL là một tiêu chuẩn đồ hoạ 3 chiều cộng đồng [public] hay chính là giao diện lập trình ứng dụng [API - application program interface]

có 120 lệnh để vẽ những điểm, đoạn thẳng và đa giác, OpenGL là API đầu tiên được ứng dụng rộng rãi trong ngành: tương thích OpenGL trở thành một nhân tố quan trọng trong phần cứng đồ hoạ

phần cứng SGI thống trị mảng đồ hoạ máy trạm lời lãi nhưng chưa bao giờ nghiêm túc cho thị trường tiêu dùng: một số những công ty khác đã sớm nhảy vào 'gãi đúng chỗ ngứa' ấy

Thị trường tiêu dùng tăng trưởng
năm 1990 Microsoft ra mắt hệ điều hành Windows 3.1 có một giao diện đồ hoạ tương tác với người dùng [GUI - graphic user interface] và chỉ sau nửa năm đã bán hết 2 triệu sản phẩm

năm 1993 ra mắt trò chơi 3 chiều Doom được phát triển bởi công ty Id Software

bấy giờ thị trường trò chơi điện tử phần lớn là trò trẻ con phong cách Nintendo thì Doom đã đột phá xu hướng và chào bán một trò bắn súng hành động góc nhìn thứ nhất cho người lớn

năm 1996 Id ra mắt Quake là trò chơi kế tục Doom và chào bán những đột phá kỹ thuật mới tinh: render đầy đủ 3 chiều thời gian thực và nhiều người chơi qua mạng trực tuyến [online]

3Dfx đoạt vị thế tiên phong
Quake bán chạy nhưng người sở hữu máy tính cá nhân đã nhận thấy máy của họ thường không thể chạy được trò chơi ở cấu hình cao nhất: đồ hoạ để cấu hình thấp sẽ xấu xí - rồi giảm tốc độ xuất hình [FPS - frame per second] và khó đánh bại người chơi khác trong một trận đấu sinh tử online

để giải quyết vấn đề, lập trình viên John Carmack đã hợp tác với công ty thiết kế chip Rendition để làm một phiên bản Quake được tuỳ chỉnh cho chip Verite

nhưng thương vụ thất bại và John đã viết lại trò chơi để tương thích OpenGL: phiên bản mới sau đó lấy tên là GLQuake

GLQuake là một trong những ứng dụng sát thủ [killer application] đầu tiên

một công ty khởi nghiệp chip đồ hoạ là 3Dfx đã sớm viết một chương trình bọc [wrapper] để giúp OpenGL tương thích với giao diện lập trình ứng dụng đồ hoạ Glide của riêng 3Dfx

sau đó 3Dfx đã tận dụng được giá RAM sụt giảm để ra mắt thẻ đồ hoạ Voodoo trang bị những chip được 3Dfx thiết kế ở Mỹ, gia công ở Đài Loan và bán cho nhiều đối tác bo mạch để bán lẻ

Voodoo là thẻ đồ hoạ tiêu dùng đầu tiên có thể chạy GLQuake mượt mà dưới độ phân giải 640x480 với 16 bit màu sắc ở tốc độ 30 khung hình mỗi giây - giá bán rẻ chỉ 200 đôla bấy giờ

thẻ Voodoo chỉ tăng tốc đồ hoạ 3 chiều: người dùng cần sử dụng một thẻ riêng khác để đồ hoạ 2 chiều

thời đỉnh cao, hãng 3Dfx chiếm 80% thị phần thẻ tăng tốc đồ hoạ

Nvidia khởi nghiệp
giữa thập niên 1990 thung lũng Silicon đang chu kỳ suy thoái và có rất nhiều công ty khởi nghiệp chip đồ hoạ: 2 doanh nghiệp đầu tư mạo hiểm Sequoia và Sierra đã đầu tư mỗi công ty 1.25 triệu đôla cho Nvidia - nhờ đó Jensen Huang đã ký được 3 hợp đồng đối tác chiến lược

hợp đồng đối tác đầu tiên là gia công: năm 1994 Nvidia đối tác với SGS Thomson Microelectronics hiện nay đã thành STMicroelectronics trụ sở Thuỵ Sĩ

hợp đồng thứ hai là với Diamond Multimedia Systems một công ty đa quốc gia Mỹ đồng ý mua chip của Nvidia để trang bị những bo mạch tăng tốc đa phương tiện

đối tác thứ ba là Sega bấy giờ hãng game chủ yếu bán thị trường arcade và console: Sega muốn port trò chơi sang máy tính cá nhân và đã lựa chọn Nvidia để tương trợ - Sega cho phép công ty khởi nghiệp Nvidia sử dụng tên thương hiệu của hãng Sega đã thành danh

Nvidia NV1
tháng 5 năm 1995 sản phẩm silic đầu tiên của Nvidia ra mắt: chiếc NV1 là một thẻ PCI đa phương tiện với đồ hoạ, âm thanh và khả năng hỗ trợ tay cầm trò chơi Sega - phó chủ tịch phụ trách bán hàng Jeff Fisher nhớ lại rằng Nvidia muốn sản phẩm sẽ đạt "đẳng cấp card âm thanh soundblaster phiên bản đa phương tiện" [soundblaster of multimedia]

NV1 được bán cho một số nhà sản xuất thiết bị gốc [OEM - original equipment manufacturer]

công ty Diamond bán lẻ NV1 trang bị chiếc Diamond Edge 3D

nhưng NV1 không tương thích với những giao diện lập trình ứng dụng [API] đồ hoạ hàng đầu bấy giờ là OpenGL và Glide của 3Dfx vì các hãng không thèm hợp tác với Nvidia

thế là NV1 thành ra ế và Nvidia ngừng bán cuối năm 1996: Sega mới đầu đã muốn công ty khởi nghiệp xây dựng chiếc NV2 nâng cấp cho thể hệ console tiếp theo - thương vụ không thành

Microsoft
Microsoft sớm nhận ra tiềm năng của trò chơi điện tử 3 chiều: người tiêu dùng mua máy tính cá nhân trang bị những công cụ đồ hoạ đã sánh ngang những máy trạm tầm trung - không chỉ sử dụng cho trò chơi mà còn đồ hoạ 3 chiều và hình ảnh [visual] rồi đến 'máy học' đang nóng bỏng ngày nay

các nhà phát triển ứng dụng đã tích hợp đồ hoạ như một tính năng bên trong những sản phẩm của riêng mình: những công cụ kinh doanh như bảng tính và phần mềm gõ văn bản

Microsoft trụ sở Redmond sớm nhận ra rằng hãng chưa dự phần trong thị trường mới: OpenGL không nằm dưới quyền kiểm soát của Microsoft - mà được quản lý bởi một hội đồng đánh giá độc lập, sau SGI

năm 1996 Microsoft mua lại Rendermorphics là công ty đồ hoạ Anh và làm lại phần mềm driver của công ty để tạo ra giao diện lập trình ứng dụng Direct3D nằm trong một gói [bundle] những phần mềm driver là DirectX

sau khi port trò chơi Quake lên OpenGL để tạo ra GLQuake, John Carmack của công ty Id Software tuyên bố đã cố gắng làm tương tự với Direct3D nhưng sau đó xuất bản một lá thư nói rằng

"ừ thì, tôi đã tìm hiểu đủ về nó. Tôi sẽ không hoàn thành bản port. Tôi bận việc khác... Direct-3D IM là một giao diện lập trình ứng dụng vụn vỡ kinh khủng. Nó gây đau thương và chịu đựng lớn cho các lập trình viên sử dụng, mà không mang lại bất cứ lợi thế đáng kể nào... Không có lý do kỹ thuật nào tốt đẹp cho sự tồn tại của D3D"

sau đó, Bill Gates lên tiếng đáp trả tuyên bố trên, ủng hộ Direct3D và hứa hẹn những cải thiện tương lai và dần sẽ hỗ trợ

Ba thương vụ của Nvidia
sản phẩm bán ra đầu tiên của Nvidia không chạy lắm nhưng cũng không phải thất bại: khả năng bán được sản phẩm vẫn là bước đệm hứa hẹn - sản phẩm chip NV1 cũng ấn tượng về khía cạnh kỹ thuật

NV1 ra mắt đã giúp Jensen có lượt gọi vốn được 6.5 triệu đôla từ Sequoia và Sierra Ventures

năm 1993 Lee Kun-hee chủ tịch tập đoàn Samsung nhận thấy công ty không đủ sức cạnh tranh, nên có mệnh lệnh nổi tiếng cho cấp dưới: "thay đổi mọi thứ chỉ chừa vợ con các anh ra"

lãnh đạo Nvidia từ bỏ mảng đa phương tiện để đánh cược vào 3 xu hướng mới nổi lớn: đầu tiên là Microsoft

Direct3D bấy giờ chưa thời thượng nhưng Bill Gates hứa hẹn sẽ cải thiện: Nvidia đánh cược vào lời hứa - tích hợp với hệ điều hành Windows sẽ giúp Nvidia thống trị giao diện lập trình ứng dụng đồ hoạ 3 chiều

thứ hai, Nvidia cược vào tích hợp dọc: nắm lấy kiểm soát những phần mềm driver thiết bị - phần mềm vận hành hoặc kiểm soát một loại thiết bị được cắm vào máy tính, người dùng thường phải vất vả cài đặt các driver cho các thiết bị [accessory] cắm vào trên máy tính

bấy giờ, phần lớn các phần mềm driver được viết bởi những đối tác bo mạch: là các nhà sản xuất phụ tùng gốc [OEM - original equipment manufacturer] sẽ bán lẻ sản phẩm - thực tiễn sẽ tréo ngoe giữa động cơ của 2 bên [Nvidia và OEM]

phần mềm driver rất phức tạp nhưng duy trì để nó hoạt động thì lại quan trọng cho trải nghiệm sử dụng thiết bị: lập trình viên muốn giành nhiều thời gian phát triển - OEM là bên thứ 3 viết phần mềm sẽ không thể làm được

Nvidia lựa chọn phát triển nội bộ: tự viết driver cho phần cứng của mình - đúng động cơ và giúp Nvidia có đủ thời gian phát triển

nữa, làm thế thì Nvidia có thể nhận được và hồi đáp những vấn đề từ khắp tất cả các đối tác bo mạch: gộp chung những kinh nghiệm ấy sẽ giúp Nvidia làm ra một driver thiết bị có hiệu năng cao cho tất cả các phần cứng - lợi thế quan trọng

Riva
năm 1997 sản phẩm thứ 3 của Nvidia ra mắt là Riva 128, còn được gọi là NV3, thời điểm bấy giờ hãng Nvidia trong ngân hàng chỉ còn đủ tiền tiêu trong 6 tuần

chip Riva 128 có hỗ trợ OpenGL thông qua một trình bọc [wrapper] và, quan trọng, Riva 128 hỗ trợ cả đồ hoạ 2 chiều và 3 chiều: một chức năng mà thẻ Voodoo hàng đầu thị trường bấy giờ của 3Dfx không có

công ty Diamond Multimedia là một trong những khách hàng lớn: mua sỉ bán lẻ - là chiếc Diamond Viper 330 giá bán lẻ 140 đôla

cuối cùng, ván cược thứ 3 của Nvidia là vào luật Moore: sức mạnh tiếp tục cải thiện những tiến trình gia công và thuê ngoài - cùng TSMC ở bên kia Thái Bình Dương

Trở thành công ty không xưởng [fabless]
năm 1998 Nvidia chấm dứt quan hệ đối tác với SGS-Thomson và ký hợp đồng mới với TSMC: mặc dù quan hệ đối tác với SGS-Thomson ổn nhưng giống như tình huống với phần mềm driver thì lãnh đạo Nvidia bị phiền nhiễu rằng 2 công ty bị, sau rốt, xung đột lợi ích

Jensen Huang từng làm cho phía nhà cung cấp/nhà sản xuất khi ở LSI Logic và cho thuê công suất fab trội dư để làm tài sản [equity] chip từ khách hàng: Jensen Huang biết cái gì có thể xảy ra - SGS-Thomson sau rốt sẽ coi sóc cho lợi nhuận của mình trong khi TSMC hứa hẹn sẽ không bao giờ cạnh tranh với đối tác

Jensen Huang nhớ lại: "tôi viết thư cho ông ấy [Morris Chang] - cách duy nhất tôi có để liên lạc với ông ấy. Và một hôm ông ấy gọi điện cho tôi. Tôi rất thích rằng ý định của TSMC là thuần khiết, rằng thành công của họ chỉ đến từ thành công của chúng tôi... Nvidia phải đi nhanh để kịp cạnh tranh, và TSMC bắt kịp với nhu cầu của chúng tôi"

Nvidia sòn sòn ra thẻ đồ hoạ thế hệ mới, TSMC có khách hàng nên cũng không ngừng nâng cấp nút tiến trình mũi nhọn: tối ưu hoá tốc độ và vòng sản phẩm

Nvidia tổ chức nhóm thành 3 đội: một nhóm thiết kế chuẩn bị ra mắt, một nhóm sẽ làm tươi [refresh] lại thiết kế năm ngoái và nhóm cuối cùng làm cho thiết kế năm sau

công ty ứng dụng những tiến trình thiết kế chip mới nhất: kiểm định [verify] và thẩm định [validate] thiết kế có máy tính hỗ trợ - mô phỏng mở rộng một thiết kế [layout] vật lý của chip, chỗ nào đặt các mạch [circuit] và dây dẫn nối giữa các mạch

những công cụ thẩm nghiệm ấy sẽ phát hiện một lỗi [bug] nếu có trong thiết kế chip để tránh bị đến tay TSMC gia công sẽ lãng phí nhiều tiền của và thời gian: quan trọng trước khi bán ra thiết kế chip - kết quả có được là cứ đều đặn nửa năm Nvidia lại ra mắt một thế hệ chip mới

các công ty thẻ đồ hoạ khác lần lượt từ bỏ, ngoại trừ ATI là một trong số ít công ty có thể kịp ra mắt thế hệ sản phẩm riêng để cạnh tranh

3Dfx thoái trào
năm 1998 3Dfx nắm vị thế đứng đầu thị trường với loạt sản phẩm đồ hoạ Voodoo nhưng hạn chế kỹ thuật chỉ tăng tốc 3 chiều: không hỗ trợ 2 chiều khiến những sản phẩm ban đầu của Nvidia và ATI giành được chỗ đứng - cho nên 3Dfx đã ra mắt phiên bản hỗ trợ cả 2 chiều và 3 chiều

đầu tiên là loạt chip Rush ra mắt giữa năm 1997 không thành công lắm

tháng 9 năm 1998 3Dfx ra mắt Banshee tương đối cạnh tranh trên thị trường

vì phải ra mắt những phiên bản hỗ trợ cả đồ hoạ 2 chiều trên nên 3Dfx đã bị chậm toàn bộ loạt sản phẩm của công ty: loạt chip chỉ hỗ trợ 3 chiều Voodoo2 ra mắt hơn 17 tháng sau khi chip Voodoo đầu tiên xuất hiện - dù sao vẫn bán chạy và 3Dfx nắm vị trí thứ 3 trên thị trường cao cấp

sau đó 3Dfx có một động thái sai bước lớn: bấy giờ 3Dfx vẫn thiết kế chip và bán cho những đối tác bo mạch như Diamond Multimedia - dần dần, ban quản trị bắt đầu lo lắng về hình ảnh thương hiệu của công ty vì chỉ số ít người hâm mộ là biết đến cái tên 3Dfx

3Dfx muốn mở rộng tích hợp dọc: quyết định không sai - sai là ở định hướng 3Dfx lựa chọn, tháng 12 năm 1998 công ty mua lại công ty chế tạo bo mạch STB với giá 141 triệu đôla và tuyên bố sản phẩm chip của 3Dfx sẽ chỉ được bán dưới thương hiệu riêng của hãng, cạnh tranh trực tiếp với khách hàng cũ

thế là những đối tác cũ đã đảo ngũ sang phía Nvidia: lãnh đạo 3Dfx chưa bao giờ làm gia công - những cơ sở STB trụ sở Mexico không thể cạnh tranh với những đối thủ châu Á, và mảng kinh doanh ấy đã thành lò đốt tiền

năm 2000 3Dfx giải thể và bán thanh lý tài sản cho Nvidia

Intel ngoảnh mặt
năm 1996 Intel nói rằng 80% máy tính cá nhân sẽ có đồ hoạ 3 chiều vào cuối thiên niên kỷ và năm 1998 hãng sẽ thống trị mảng ấy: tiếng nói có trọng lượng đến mức Microsoft cũng huỷ loạt sản phẩm phần cứng đồ hoạ riêng

năm 1998 Intel ra mắt thẻ đồ hoạ Intel 740 nhưng bán không chạy: sản phẩm sử dụng một định dạng [format] cổng tăng tốc đồ hoạ [AGP - accelerated graphics port] mà Intel đang cố gắng phổ cập - mọi người đang kẹt với chuẩn PCI

mặc dù thẻ Intel 740 đạt hiệu năng cao trong bài kiểm tra tốc độ, hiệu năng thực tế bị tụt hậu so với thị trường: chủ yếu vì 2 lý do trên nên sản phẩm đã thất bại

sau đó, phần còn lại của thị trường đồ hoạ đã nâng cấp sản phẩm: trong khi Intel ì ạch quen với vòng đời 1-2 năm phát triển sản phẩm CPU thì không bắt kịp - sản phẩm i740 bị dừng

Intel tiếp tục tọc mạch trong mảng bộ xử lý đồ hoạ tích hợp: những chip đồ hoạ sử dụng một phần của bộ nhớ hệ thống, thay vì bộ nhớ dành riêng - vì tích hợp với bộ chip CPU trên một bo mạch chủ nên Intel tận dụng độc quyền CPU để gây dựng thị phần khổng lồ, mặc dù không lừa được ai rằng sản phẩm đồ hoạ tích hợp này là đỉnh của chóp, người hâm mộ có lẽ còn chế nhạo, nhưng hàng Intel cũng đáp ứng nhu cầu phân khúc đồ hoạ bình dân

Kết
đầu thập niên 2000 mảng thẻ đồ hoạ đã sát nhập từ hơn 30 công ty còn chỉ 3: Nvidia và ATI hiển nhiên là thế thị trường nhị quyền bán - và Intel quét thị phần cấp thấp

năm 2006 AMD mua lại ATI với giá 5.6 tỷ đôla và ngày nay thẻ đồ hoạ AMD bán chạy, chủ yếu sử dụng trong game console

năm 1999 Nvidia quảng bá thuật ngữ 'đơn vị xử lý đồ hoạ' [GPU - graphic processing unit] và bắt đầu phổ cập ý tưởng cho điện toán thông dụng, vẽ ra viễn cảnh những ứng dụng mới bên cạnh đồ hoạ trò chơi điện tử