Chất bán dẫn, còn được gọi là vi mạch, là các thiết bị dựa vào silicon được tạo thành từ hàng trăm triệu và thậm chí là hàng tỷ bóng bán dẫn, hoạt động như những “công tắc” nhỏ điều khiển chuyển động của các hạt mang điện tích như electron.
Những con chip tiên tiến nhất hiện nay đang được sản xuất bằng quy trình 7 nanomet (nm). Chỉ có hai công ty trên thế giới - Samsung và TSMC - có khả năng sản xuất chip 7nm với số lượng lớn.
Các nút quy trình càng nhỏ sẽ càng quan trọng bởi chúng giúp tăng hiệu suất mạch và giảm tiêu thụ điện năng, đồng nghĩa với việc các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tính xách tay sẽ “ngốn” ít pin hơn. Theo TSMC, mỗi nút quy trình mới thường tăng hiệu suất tới 20% và cắt giảm 40% năng lượng sử dụng.
Sau 7nm, nút quy trình tiếp theo là 5nm đã được TSMC sản xuất hàng loạt từ nửa đầu năm 2020. Lộ trình xưởng đúc chip lớn nhất thế giới là chuyển sang 3nm vào năm 2022.
Trung Quốc tụt hậu bao xa về chất bán dẫn?
 |
Ảnh: SCMP |
Trung Quốc đã phải chi 300 tỷ USD để nhập khẩu chất bán dẫn mỗi năm, con số đủ cho thấy quốc gia này đang phải phụ thuộc rất nhiều nguồn cung chip từ nước ngoài.
Theo các chuyên gia, việc áp đặt các lệnh trừng phạt của Mỹ nhằm ngăn chặn Huawei tiếp cận với các chip tiên tiến đã thúc đẩy Bắc Kinh tìm kiếm con đường tự chủ về chất bán dẫn. Tuy nhiên, mục tiêu này không hề dễ dàng và có thể kéo dài nhiều thập kỷ mới có thể thực hiện được.
Nhà sản xuất chip tiên tiến nhất của Trung Quốc hiện nay là SMIC, được thành lập từ năm 2000 bởi Richard Chang - cựu chuyên gia về vi mạch. Để sản xuất chip, SMIC phụ thuộc nhiều vào công nghệ nước ngoài và mới đây, hãng cũng đã bị Washington đưa vào danh sách đen thương mại.
Trong khi TSMC đã chuyển sang sản xuất quy trình 5nm thì nút quy trình tiên tiến nhất của SMIC mới đến 14nm, chứa số bóng bán dẫn bằng một nửa so với nút 7nm.
Việc Mỹ và các quốc gia đồng minh hạn chế xuất khẩu các công nghệ quan trong cho Trung Quốc cũng đồng nghĩa với việc SMIC và các nhà sản xuất chip Trung Quốc khác sẽ không thể tiếp cận những công nghệ sản xuất chip mới nhất. Một ví dụ điển hình là máy quét EUV đã bị chặn xuất khẩu đến Trung Quốc. Công nghệ EUV có vai trò quan trọng đối với các nút quy trình 7nm và 5nm.
Như vậy, SMIC chỉ có thể sử dụng các máy quét thế hệ trước, còn được gọi là DUV - loại máy chỉ có thể sản xuất ra các nút quy trình từ 14nm trở lên.
Mặc dù khả năng cạnh tranh của các nhà cung cấp chất bán dẫn của Trung Quốc đã được cải thiện rất nhiều trong những năm gần đây, nhưng ngành công nghiệp này vẫn phụ thuộc nhiều vào các linh kiện và công nghệ chính từ phương Tây. Điều này dẫn đến tỷ lệ tự chủ về chất bán dẫn ở quốc gia này chỉ đạt dưới 20% - theo báo cáo của Deloitte.
Theo công ty nghiên cứu IC Insights, vào năm 2019, sản xuất mạch tích hợp trong nước của Trung Quốc chỉ đạt 15,7% lượng chip mà nước này cần.
Năm 2018, 15 công ty bán dẫn hàng đầu thế giới tính theo doanh thu lần lượt đến từ Mỹ, Đài Loan, Châu Âu, Nhật Bản và Hàn Quốc. Không có công ty nào tại Trung Quốc đại lục lọt vào danh sách.
Tại sao công ty ASML của châu Âu - một nhân tố không thể thiếu trong ngành công nghiệp bán dẫn
Một trong những giai đoạn quan trọng nhất của quá trình sản xuất là in quang khắc và ASML của Hà Lan hiện là công ty duy nhất có thể cung cấp các hệ thống in thạch bản tiên nhất để sản xuất chip ở các nút quy trình 7nm và 5nm.
Phương pháp in quang khắc EUV sử dụng nguồn sáng của tia cực tím trong phạm vi bước sóng 13,3-13,7 nm (gần mức tia X), giảm 14 lần so với phương in thạch bản DUV (cực tím sâu), sử dụng bước sóng 193 nm. Máy DUV cũng được sản xuất bởi các nhà cung cấp Nikon và Canon của Nhật Bản nhưng ASML là nhà cung cấp máy EUV đầu tiên và duy nhất. Do ảnh hưởng từ lệnh cấm của Hoa Kỳ, các nhà sản xuất chip Trung Quốc cũng không thể mua những chiếc máy này.
Khó khăn của Trung Quốc để bắt kịp phương Tây
 |
Trong những năm 1990, Trung Quốc đã xây dựng hai dây chuyền sản xuất tấm wafer (vật liệu nền để sản xuất chip) đầu tiên với sự hỗ trợ của Nhật Bản. Trong khoảng 10 năm đầu, các dự án trong lĩnh vực này của Trung Quốc đều không tạo ra được dấu ấn trên thị trường bán dẫn toàn cầu, phần lớn là do sản xuất kém hiệu quả và bộ máy hoạt động từ trên xuống dưới quá cứng nhắc. Đến năm 2000, SMIC, nhà sản xuất bán dẫn được coi là tiên tiến nhất của Trung Quốc hiện nay được thành lập với sự tài trợ của chính phủ Trung Quốc.
Tuy nhiên, tấm wafer ở Trung Quốc vẫn phụ thuộc nhiều vào thiết bị và vật liệu sản xuất từ các nhà cung cấp nước ngoài, đặc biệt là của Mỹ.
Wei Shaojun - giáo sư tại Đại học Thanh Hoa cho biết ý tưởng “làm lại từ đầu” để đạt được mục tiêu tự chủ trong lĩnh vực sản xuất chip là “không thực tế” bởi vì chuỗi cung ứng công nghệ toàn cầu đã được tích hợp rất cao. Theo một nhà phân tích đang làm việc tại một ngân hàng đầu tư toàn cầu, Trung Quốc sẽ không thể đưa ra được một giải pháp thay thế trong vòng 10 năm tới.
“Thách thức của các công ty Trung Quốc chính là họ không thể tiếp cận với các nhà cung cấp chip nổi tiếng trên toàn cầu như TSMC” - nhà phân tích này cho biết.
Tại sao chất bán dẫn lại quan trọng đối với Huawei?
 |
Là một nhà sản xuất các thiết bị điện tử, Huawei cần những con chip tiên tiến nhất để sản phẩm của mình có thể cạnh tranh được với nhiều công ty lớn khác như Samsung, Apple,… Ông Richard Yu, CEO bộ phận kinh doanh tiêu dùng của Huawei đã nói rằng quy trình 7nm cho phép Huawei cải thiện hiệu suất tới 20% và tiết kiệm năng lượng khoảng 40% so với chip Kirin 970 được sản xuất bằng quy trình cũ. Kirin 980 chứa 6,9 tỷ bóng bán dẫn, nhiều hơn khoảng 1,6 lần so với Kirin 970. Cả hai mẫu chip này của Huawei đều do TSMC sản xuất.
Lệnh trừng phạt của Mỹ đã cắt đứt nguồn cung chip của Huawei, khiến hãng không thể đặt các đơn hàng chip mới từ TSMC. Vào tháng 8/2020, chính ông Richard Yu cũng thừa nhận rằng dòng Kirin 900 có thể là thế hệ chip cao cấp cuối cùng của Huawei. “Đây là một mất mát lớn đối với chúng tôi” - ông nói.
Dòng Kirin 900 không chỉ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các dòng smartphone hàng đầu của Huawei mà còn có mặt trong cả những sản phẩm từ tầm trung đến cao cấp của thương hiệu con Honor của hãng. Trong tương lai gần, Huawei đang dựa vào nguồn chip dự trữ để duy trì hoạt động của dòng sản phẩm của mình. Hãng cũng chỉ đạo công ty con HiSilicon đẩy mạnh thiết kế chip mới cho các trạm gốc.
Ngành công nghiệp chip của Trung Quốc sẽ như thế nào trong tương lai?
Mặc dù ngành công nghiệp này phụ thuộc nhiều vào công nghệ nước ngoài, một số nhà phân tích cho rằng Trung Quốc vẫn có cơ hội bắt kịp các công ty tiên tiến khác vì tiềm năng thị trường khổng lồ.
Năm ngoái, trong một báo cáo, Ngân hàng đầu tư Morgan Stanley cho biết có hai câu hỏi cơ bản liên quan đến ngành công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc là quốc gia này có nên đầu tư vào thiết kế chip hay tăng khả năng sản xuất của mình và bản địa hóa hay toàn cầu hóa mới là chiến lược tốt nhất để Trung Quốc có thể sớm tự chủ nguồn cung chip?
Ngân hàng Morgan Stanley đã kết luận rằng chìa khóa để thúc đẩy ngành công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc nằm ở thiết kế chip thay vì theo đuổi sản xuất quy mô lớn. Ở câu hỏi thứ hai, hãng cho biết xu hướng hiện nay là hướng tới nội địa hóa thay vì toàn cầu hóa.
Trong lĩnh vực thiết kế chip cho điện thoại thông minh và các trạm gốc không dây, Trung Quốc đã và đang đạt được những tiến bộ nhất định. Tuy nhiên, về vi xử lý, Trung Quốc sẽ khó độc lập hơn rất nhiều. Nó phụ thuộc vào việc các nhà sản xuất Trung Quốc có thể tiếp cận với các công nghệ tiên tiến của ARM hay không - SCMP cho hay.
Theo SCMP
