E-magazine Cuộc chiến chip bán dẫn: Cách Huawei khiến giới chức Mỹ 'giật mình'

Vào cuối năm 2020, Huawei đang đấu tranh sinh tồn với tư cách là nhà sản xuất điện thoại di động. Vài tháng trước đó, chính quyền Tổng thống Mỹ Donald Trump đã giáng đòn trừng phạt làm tê liệt công ty Trung Quốc, cắt đứt công ty này khỏi chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu.

Các biện pháp trừng phạt đã ngăn cản mọi bên sản xuất chip do Huawei thiết kế nếu không có giấy phép và công ty đang gặp khó khăn trong việc mua chip mới để ra mắt các thiết bị cầm tay tiên tiến hơn.

Để phản ứng, Huawei quyết định đặt cược hoạt động kinh doanh chip và di động trị giá 67 tỉ USD của mình vào một thỏa thuận khó khăn với Tập đoàn Quốc tế Sản xuất Chất bán dẫn (SMIC), một công ty được Trung Quốc hậu thuẫn nổi tiếng với tham vọng bắt kịp các nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới.

SMIC lúc bấy giờ quảng cáo rằng họ đã tìm ra cách sản xuất những con chip tiên tiến hơn bằng các thiết bị lỗi thời. Quy trình này sẽ mất nhiều thời gian hơn so với nhà cung cấp trước đây của Huawei, Công ty Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan (TSMC), chi phí sẽ cao hơn và có thể không đạt được kết quả mong muốn. Nhưng đây là một cơ hội. Huawei đã liên hệ với SMIC để chế tạo một “hệ thống trên một vi mạch” (SoC) cho smartphone mới, có mật danh Charlotte.

Vào tháng 12/2020, SMIC cùng Huawei cùng nằm trong danh sách trừng phạt của Mỹ - có nghĩa rằng bất kỳ công ty nào muốn bán công nghệ cho SMIC đều phải có sự cho phép của Washington.

Để xây dựng dự án Charlotte, SMIC sẽ phải vật lộn với một quy trình tiên tiến mà họ chưa quen thuộc cũng như những hạn chế mới trong việc mua và quản lý các thiết bị phức tạp. Đây là điều hết sức khó khăn.

Tuy nhiên, sau gần 3 năm, vào tháng 8/2023, một thiết bị mới của Huawei đã lặng lẽ ra mắt công chúng: điện thoại dòng Mate 60, sử dụng vi xử lý Charlotte – hiện được gọi là chip Kirin 9000S. Theo nhiều nhóm thử nghiệm khác nhau, bất chấp những trở ngại, Kirin 9000S vẫn mang lại hiệu năng tương đương với các chip một hoặc hai năm tuổi của Qualcomm.

Mate 60 đã “cháy hàng” ở Trung Quốc và sự trở lại của chip Huawei sau nhiều năm bị trừng phạt đã được nhiều người trong nước hoan nghênh nhiệt liệt.

Ở Mỹ, sự hoang mang bao trùm. Giới chức Mỹ không hiểu vì sao mà Huawei có thể vượt qua các lệnh trừng phạt để sản xuất chip. Jake Sullivan, cố vấn an ninh quốc gia Mỹ, cho rằng Mỹ cần có thêm “thông tin” về Kirin 9000S.

Cả Huawei và SMIC đều không đưa ra bất kỳ gợi ý nào về cách họ đạt được thành tích này. Nhưng các cuộc phỏng vấn với nhiều người trong ngành và các chuyên gia đã đưa ra cái nhìn sâu sắc nhất về cách mà hai công ty đã dồn nguồn lực khổng lồ vào dự án, với sự hỗ trợ của nhà nước Trung Quốc, để duy trì thị phần - và giờ đã mở ra cơ hội cho những tiến bộ trong công nghệ sản xuất chip trí tuệ nhân tạo (AI).

Những cỗ máy kém hiệu quả

Một trong những tiêu chuẩn được công nhận rộng rãi nhất trong chế tạo chip là 7 nanomet (nm). Cả chip A12 trong mẫu iPhone XS của Apple và Dojo D1 hỗ trợ hệ thống lái bán tự động của Tesla đều được sản xuất bằng quy trình 7nm của TSMC.

SMIC đã đưa ra 2 phiên bản của quy trình 7nm, N+1 và N+2 nâng cấp. Theo nhiều người trong ngành, chip Kirin 9000S được sản xuất ở mức N+2.

Nhưng trong khi các công ty như TSMC và Samsung sử dụng thiết bị in thạch bản cực tím (EUV) để chế tạo những con chip này thì SMIC lại sử dụng máy cực tím sâu (DUV) kém hiệu quả hơn, các chuyên gia và nhà phân tích trong ngành cho biết.

“Đầu tiên, điều này là do hạn chế về ngân sách”, một chuyên gia hiểu về con đường phát triển công nghệ của SMIC, nói với Financial Times. “EUV rất đắt đỏ, trong khi SMIC đi sau TSMC rất nhiều và cũng không có nhiều doanh thu cũng như khách hàng”.

Cả EUV và DUV đều có thể đạt được quy trình 7nm, nhưng EUV đạt hiệu quả và độ chính xác cao hơn, do đó tránh lãng phí hơn.

SMIC đã sử dụng máy DUV để lặp lại các bước sản xuất chip mà các hãng khác đã làm với EUV nhằm tăng mật độ bóng bán dẫn. Nhưng điều này có tác động xấu đến tỷ lệ hiệu suất đo lường tỷ lệ chip hoạt động và chip bị lỗi trên mỗi tấm bán dẫn.

Theo ASML, nhà sản xuất máy in thạch bản của Hà Lan, phải mất 34 bước in thạch bản để đạt được 7 nm trên máy DUV, trong khi EUV chỉ cần 9 bước. Các bước sản xuất bổ sung dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn và năng suất thấp hơn. Brady Wang, nhà phân tích chất bán dẫn tại Counterpoint đã chỉ ra rằng, với mỗi bước bổ sung, nhiều chip sẽ bị vứt bỏ hơn và chi phí thiết bị tăng lên.

Máy in thạch bản tiên tiến phải tuân theo Thỏa thuận Wassenaar, một thỏa thuận kiểm soát xuất khẩu đa phương được hơn 40 quốc gia công bố nhằm hạn chế việc bán các sản phẩm có thể có mục đích kép – sử dụng với mục đích dân sự và quân sự.

SMIC đã cố gắng thu gom các thiết bị từ các nhà máy sẵn có và những thiết bị mà họ nhận được từ trước lệnh trừng phạt của Washington để duy trì hoạt động của dây chuyền sản xuất 7nm.

Giới chức Mỹ đã rất bất ngờ khi SMIC vẫn nhận được thiết bị thay thế và dịch vụ kỹ thuật cần thiết để duy trì cơ sở sản xuất 7nm ngay cả khi lệnh kiểm soát xuất khẩu được áp dụng. Một số người trong ngành cho hay, SMIC có thể lấy được một số trang thiết bị là nhờ vi phạm lệnh kiểm soát đó. Hãng sản xuất thiết bị bán dẫn Applied Materials của Mỹ hiện đang bị điều tra vì nghi ngờ vi phạm lệnh cấm, theo Reuters.

Thành công bằng mọi giá

Các nhà sản xuất chip thường hợp tác với các công ty thiết kế chip để thử nghiệm thiết bị và quy trình sản xuất tại cơ sở mới. Chẳng hạn, TSMC sẽ hợp tác với Apple để thử nghiệm chip được sản xuất trên dây chuyền 3nm của hãng.

Đối với dây chuyền sản xuất 7nm nâng cấp của SMIC, Huawei chính là “chuột bạch”. Tuy nhiên, nhà sản xuất thiết bị cầm tay này đã mang lại doanh thu và sự công nhận cho SMIC, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lại một số khía cạnh của dây chuyền sản xuất.

SMIC cũng đã kêu gọi sự hỗ trợ từ nước ngoài. Người Mỹ bị cấm làm việc cho các nhà sản xuất chip tiên tiến của Trung Quốc do lệnh kiểm soát xuất khẩu, nhưng theo 2 kỹ sư chip hiểu biết với SMIC, họ cũng tuyển dụng các chuyên gia từ Đài Loan (Trung Quốc), Nhật Bản, Hàn Quốc và Đức để cải tiến năng suất.

“Các chuyên gia nước ngoài này mang đến bí quyết kỹ thuật về các quy trình tiên tiến mà họ thu được từ các xưởng đúc khác”, một kỹ sư tiết lộ.

Khi nhận đơn đặt hàng sản xuất chip Kirin 9000S từ Huawei, SMIC không có đội ngũ kỹ sư đủ khả năng hỗ trợ điều chỉnh thiết kế để phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của các xưởng đúc khác nhau. Do đó, Huawei đã phải tự mình thích nghi.

Về tỷ lệ sản xuất thành công của Kirin 9000S, đây vẫn là một ẩn số, khi cả Huawei và SMIC đều không đưa ra bất kỳ tuyên bố công khai nào về vấn đề này. Một người gắn bó mật thiết với quá trình sản xuất Kirin 9000S cho biết, mẫu chip này chỉ đạt tỷ lệ sản xuất thành công hơn 30% trong giai đoạn sản xuất số lượng lớn đầy rủi ro, trước khi chuyển sang sản xuất hàng loạt.

Người này mô tả đó là một “con số dương trong điều kiện khắc nghiệt” nhưng lưu ý rằng nó làm “tăng chi phí ít nhất 2 lần so với dây chuyền sản xuất có tỷ lệ thành công 90%, được coi là chuẩn mực cho việc chế tạo chip di động”.

Các chuyên gia trong ngành tin rằng nguồn tài trợ của chính phủ đã bù đắp cho chi phí sản xuất chip quá cao. Theo báo cáo thường niên của công ty, Huawei đã nhận được 6,55 tỉ NDT (948 triệu USD) từ Chính phủ Trung Quốc vào năm 2022, nhiều hơn gấp đôi số tiền của năm trước đó. SMIC đã nhận được 6,88 tỉ NDT từ trợ cấp của nhà nước trong 3 năm qua.

Mục tiêu tiếp theo: AI

Chip Kirin 9000S đã “tạo sóng” ở Trung Quốc, cho phép Huawei giành lại thị phần đã mất. Tuy nhiên, tham vọng của Huawei và SMIC không chỉ dừng ở đó. Họ đang lên kế hoạch tăng cường sản xuất chip dành cho các hệ thống AI để đáp trả các lệnh cấm bán chip hiệu suất cao cho Trung Quốc do Mỹ áp đặt.

Những “gã khổng lồ” internet của Trung Quốc như Tencent và Alibaba hiểu rõ sự khó khăn trong việc đảm bảo được nguồn cung chip hiệu suất cao, bởi vậy cân nhắc các nhà cung ứng trong nước.

Dòng chip AI Ascend của Huawei được giới phân tích đánh giá là đủ sức thay thế các đơn vị xử lý đồ hoạ của Nvidia, mặc dù hiệu suất tổng thể không thể sánh bằng.

Trước khi các lệnh trừng phạt được đưa ra vào tháng 5/2020, Huawei vẫn bán chip Ascend AI do TSMC sản xuất. Giờ đây, nhiều nguồn tin thân cận với công ty cho biết họ đã hồi sinh các dòng sản phẩm, với các chip trung tâm dữ liệu được thiết kế mới do SMIC sản xuất.

Ba nguồn tin thân cận với Huawei cho biết Tencent, Baidu và Meituan đã mua chip Huawei Ascend 910b để thử nghiệm quy mô nhỏ. Trong khi đó, hai người thân cận với SMIC tiết lộ nhà máy sản xuất chip này đang nỗ lực mở rộng năng lực sản xuất 7nm cho các chip Huawei đặt hàng trước và phát triển quy trình 5nm tiên tiến hơn.

Tuy nhiên, Huawei và SMIC phải vượt qua một số thách thức đáng kể trong quy trình sản xuất chip trung tâm dữ liệu trước khi họ có thể bắt đầu giành thị phần từ Nvidia.

Chip AI lớn hơn bộ xử lý của điện thoại thông minh và do đó có nhiều khả năng bị lỗi do lỗi sản xuất. Theo một nguồn tin quen thuộc với phía sản xuất, tỷ lệ sản xuất thành công chip Ascend 910 b hiện tại của Huawei chỉ là hơn 20%, nghĩa là cứ 5 con chip được sản xuất thì có gần 4 con bị lỗi.

Việc mở rộng sản xuất của SMIC dự kiến ​​sẽ gặp khó khăn hơn so với 3 năm trước bởi các hạn chế do Mỹ, Nhật Bản và Hà Lan áp đặt. Máy DUV tiên tiến nhất của ASML mà SMIC sử dụng cho cả chip tiên tiến và chip cũ hơn, giờ đã nằm trong danh sách kiểm soát xuất khẩu của Hà Lan và Mỹ.

Các nhà cung cấp của SMIC cho biết công ty đã nhận được một lô DUV tiên tiến mới từ ASML trước khi Mỹ thắt chặt kiểm soát xuất khẩu, có nghĩa là vẫn có thể tăng cường sản xuất và phát triển công nghệ trong vòng 2 đến 3 năm tới. Tuy nhiên, các chuyên gia và nhà phân tích trong ngành tin rằng SMIC có thể hết nguồn cung cấp nguyên liệu và bảo trì thiết bị trước khi có thể sản xuất chip tiên tiến.

Những “nhà vô địch” quốc gia

Cả Huawei và SMIC ít nhất có thể đảm bảo được sự hỗ trợ của nhà nước khi họ cố gắng theo kịp các công ty dẫn đầu trong ngành. Một quan chức chính phủ phụ trách hoạch định chính sách ngành bán dẫn cho biết mục tiêu hiện tại của họ là thiết lập dây chuyền sản xuất chip tiên tiến “bằng mọi giá”.

“Chuỗi cung ứng chip ổn định là “xương sống” của các hệ thống máy tính hiệu năng cao...điều quan trọng đối với ngành điện toán hiệu năng cao của Trung Quốc là duy trì đà phát triển, đặc biệt là khi căng thẳng thương mại đang diễn ra và những hạn chế do Chính phủ Mỹ áp đặt”, quan chức này cho hay.

Bắt đầu với việc thành lập Quỹ đầu tư công nghiệp mạch tích hợp Trung Quốc (CICIIF) vào năm 2014, Bắc Kinh đã nuôi dưỡng ngành công nghiệp vi mạch bằng nguồn tài trợ của nhà nước. Quỹ đầu tư này đã tích lũy được số tiền khổng lồ 47 tỉ USD trong thập kỷ qua và dự kiến ​​sẽ huy động thêm 41 tỉ USD, củng cố thêm nỗ lực tự chủ về công nghệ của Trung Quốc.

Một báo cáo của công ty nghiên cứu JW Insights, dựa trên phân tích đầu tư của chính phủ ở 25 tỉnh và khu vực, tiết lộ rằng chính phủ đã rót 290,8 tỉ USD vào các lĩnh vực liên quan đến chất bán dẫn trong năm 2021 và 2022, trong đó 1/3 dành cho thiết bị và vật liệu bán dẫn.

Lý do đằng sau khoản đầu tư khổng lồ này rất đơn giản: thoát khỏi sự phụ thuộc nặng nề vào nhập khẩu, giành được chỗ đứng vững chắc hơn trong chuỗi cung ứng toàn cầu và hạn chế khả năng của Mỹ trong việc ngăn chặn một phần đáng kể nền kinh tế công nghiệp và quốc phòng của Trung Quốc.

“Nếu bạn nhập khẩu phần lớn chip của mình, bạn không phải là siêu cường sản xuất”, Chris Miller, tác giả của cuốn “Chip War”, cho biết. “Bạn chỉ đang lắp ráp các bộ phận có giá trị cao được sản xuất ở nơi khác”.

Bộ An ninh Quốc gia Trung Quốc dường như đồng ý với luận điểm trên khi viết trên tài khoản WeChat của mình: “Chỉ khi nắm giữ các công nghệ cốt lõi trong tay, chúng ta mới có thể thực sự chủ động trong cạnh tranh và phát triển, đồng thời đảm bảo cơ bản an ninh quốc gia, kinh tế, quốc phòng và hơn thế nữa”.

Tham vọng thoát khỏi sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài đặt nặng lên vai Huawei và SMIC. Sự ra mắt thành công của Kirin 9000S đã mang lại sức sống mới cho ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc, khi các công ty khởi nghiệp về chip đang chứng kiến ​​nguồn tài trợ tăng đột biến.

Nhưng tham vọng lâu dài của Huawei không chỉ giới hạn ở các thị trường trong quỹ đạo của Trung Quốc. Mật danh ban đầu của Kirin 9000S – Charlotte – là biểu tượng của những hy vọng này. Nó được đặt tên theo một thành phố ở North Carolina. Những người trong cuộc tiết lộ rằng, tên của các dự án chip bán dẫn đang được phát triển cũng được đặt theo tên các thành phố của Mỹ.

Việc sử dụng tên Mỹ, theo một nhân viên của Huawei, phản ánh "mong muốn là một ngày nào đó chúng tôi sẽ giành lại vị trí của mình trong chuỗi cung ứng toàn cầu"./.

Tiến sĩ Lương Mạnh Tùng – "Công thần" đứng sau công nghệ chip 7nm của SMIC

[ĐỌC CHẬM] Xung đột toàn cầu thúc đẩy kế hoạch sản xuất chip Apple trên sa mạc như thế nào?

Arab Saudi và UAE chạy đua mua chip 40.000 USD của Nvidia, thúc đẩy các mục tiêu tham vọng về AI

Theo Financial Times