10 năm nữa Trung Quốc mới tự chủ ngành bán dẫn

Trung Quốc có thể gặp khó khăn ở lĩnh vực bán dẫn trong tương lai gần, nhưng sẽ tự chủ trong 10 đến 20 năm tới.

10 năm nữa Trung Quốc mới tự chủ ngành bán dẫn

10 năm nữa Trung Quốc mới tự chủ ngành bán dẫn

Yukio Sakamoto, 73 tuổi, chuyên gia trong ngành bán dẫn của Nhật Bản, đã về đầu quân cho một công ty chip nhớ DRAM của Trung Quốc năm ngoái. Sakamoto đảm nhiệm vị trí Phó chủ tịch cấp cao tại Tsinghua Unigroup - một tập đoàn công nghệ cao hàng đầu của Trung Quốc có liên kết với Đại học Thanh Hoa. Vai trò của ông là giám sát sản xuất cho một doanh nghiệp sản xuất chip nhớ DRAM.

10 năm nữa Trung Quốc mới tự chủ ngành bán dẫn ảnh 1
Trung Quốc đang có tham vọng rất lớn trong tự chủ ngành bán dẫn. Ảnh: CIO.

Là một người dày dặn kinh nghiệm trong lĩnh vực bán dẫn, không ít ý kiến cho rằng quyết định của Sakamoto là "táo bạo, nhưng thiếu sáng suốt", bởi vì giữa Mỹ và Trung Quốc đang có sự cạnh tranh lớn về công nghệ. Thực tế, thế yếu đang thuộc về Trung Quốc, khi Mỹ liên tục tung các đòn đánh vào hàng loạt doanh nghiệp nước này, chẳng hạn Huawei, hãng bán dẫn SMIC... khiến tham vọng vươn lên dẫn đầu của các công ty Trung Quốc ngày một khó khăn.

Nhưng Sakamoto vẫn lạc quan.

"Chúng ta đang sống trong một thế giới mà những quốc gia đi sau về công nghệ đang có cơ hội rất tốt để bắt kịp các quốc gia tiên phong", Sakamoto nói. "Công nghệ bán dẫn ngày nay đang tiến triển chậm hơn, các bóng bán dẫn đang ngày càng nhỏ bé và dần đạt đến giới hạn về mặt vật lý và quang học".

Sakamoto không đề cập đến việc xây dựng nhà máy sản xuất chip nhớ mới, cũng như không rõ các công ty Trung Quốc như Tsinghua Unigroup được phép nhập khẩu thiết bị sản xuất chip và phần mềm thiết kế chip của Mỹ trong bao lâu. Tính đến 19/10, Tsinghua Unigroup vẫn chưa bị chính phủ Mỹ đưa vào danh sách hạn chế.

Chuyên gia người Nhật Bản nhấn mạnh Trung Quốc có một tương lai hứa hẹn trong việc chế tạo wafer silicon (vật liệu nền để sản xuất vi mạch tích hợp), cũng như năng lực tự chủ công nghệ thông qua việc tự cung cấp vật liệu, thiết bị và phần mềm sản xuất chip trong nước.

"Lịch sử chứng minh rằng, chỉ một thay đổi mô hình công nghệ cũng đủ tạo ra cơ hội cho những quốc gia mới. Điều này đang diễn ra trong lĩnh vực bán dẫn", Sakamoto nhận xét.

Sự trỗi dậy của công nghệ 3D

Theo định luật Moore, số lượng bóng bán dẫn trong chip sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 18 đến 24 tháng. Định luật này được đưa ra vào những năm 1960 bởi đồng sáng lập Intel Gordon Moore. Cho đến giữa những năm 2000, ngành công nghiệp sản xuất chip vẫn bắt kịp quy luật bằng cách liên tục thu nhỏ kích thước của các bóng bán dẫn và mạch điện trên bề mặt một wafer silicon.

Tuy nhiên, trong khoảng 15 năm trở lại đây, kích thước của các bóng bán dẫn đã được thu nhỏ đáng kể, còn khoảng 30 nm (bằng 30 phần tỷ mét). Chỉ số này được đo bằng chiều rộng của một điện cực trung tâm gọi là "cổng" (gate).

Trên thực tế, các nhà sản xuất chip vẫn ngày đêm làm việc để giảm kích thước bóng bán dẫn, từ 32 nm xuống 22 nm, 14 nm rồi 10 nm. Tuy nhiên, những con số này đã không còn đại diện cho kích thước bóng bán dẫn từ sau những năm 2000. Chúng được các hãng sử dụng để quảng bá sản phẩm nhiều hơn.

Chẳng hạn, theo giải thích của giáo sư Toshiro Hiramoto của Đại học Tokyo, chiều dài "cổng" thực tế của bóng bán dẫn trong chip logic 7 nm do TSMC của Đài Loan sản xuất là 18 nm. Trong khi đó, các loại chip 32 nm trước đây vẫn có chiều dài "cổng" thực sự là 32 nm hoặc nhỏ hơn.

Do gặp khó khăn trong chi phí thu nhỏ các bóng bán dẫn, các nhà sản xuất chip đang dần chuyển sang công nghệ 3D nhằm tận dụng không gian phía trên bề mặt wafer thông thường, từ đó tích hợp nhiều bóng bán dẫn lên chip hơn. Ví dụ, chip nhớ Flash NAND tiên tiến hiện nay có cấu trúc gồm 96 đến 128 lớp mạch tích hợp xếp chồng lên nhau trên khuôn và ở mặt dưới cùng của tấm wafer.

Với những ưu điểm của công nghệ 3D, một số công ty sản xuất bán dẫn đã bắt đầu chuyển đổi sang công nghệ này, thay vì tiếp tục cố gắng thu nhỏ các bóng bán dẫn. Tuy nhiên, các chuyên gia trong ngành cho rằng xu hướng mới có thể ảnh hưởng đến một trong những quy trình khó nhất khi sản xuất chip: quang khắc (photolithography).

Quang khắc là quá trình mà trong đó, sơ đồ mạch được in lên bề mặt cảm quang của tấm silicon bằng cách chiếu tia sáng về phía wafer qua một đĩa thủy tinh được vẽ sẵn sơ đồ mạch. Nếu mạch càng bị thu nhỏ, quá trình càng cần những đèn chiếu tia sáng có bước sóng ngắn hơn. Hiện nay, do mạch quá nhỏ, đèn chiếu chuyển qua dải phổ cực tím, hay còn gọi là EUV - kỹ thuật in thạch bản cực tím.

10 năm nữa Trung Quốc mới tự chủ ngành bán dẫn ảnh 2
Một nhà máy in thạch bản EUV của ASML. Ảnh: ASML.

EUV là công nghệ rất khó phát triển và rất tốn kém. Cho đến nay, chỉ có ASML Holdings - công ty Hà Lan, nhà cung cấp hàng đầu thế giới về thiết bị quang khắc cho ngành công nghiệp bán dẫn - nghiên cứu và nắm trong tay công nghệ này. Công ty được cho là đang bán máy in thạch bản EUV với mức giá 120 triệu - 170 triệu USD.

Tuy chi phí lớn, các chuyên gia trong ngành lại cho rằng hiệu quả do EUV mang lại chưa đủ tương xứng. Thậm chí, nó chỉ áp dụng cho các bộ phận nhỏ trong toàn bộ quy trình chế tạo chip, mang lại hiệu quả khiêm tốn.

Hiện nay, máy dùng công nghệ EUV chỉ được sử dụng để sản xuất chip logic, như bộ vi xử lý PC, chip hệ thống trên smartphone, GPU hay chip xử lý dữ liệu AI. Đây là những loại chip có thành phần mạch phức tạp, chưa thể dùng công nghệ 3D.

Trong khi đó, các nhà sản xuất bộ nhớ Flash đã từ bỏ EUV. "Theo tôi biết, DRAM sẽ không dùng EUV để sản xuất", Sakamoto nói. Ông từng giữ vai trò quan trọng ở mảng DRAM tại Texas Instruments, United Microelectronics (UMC) của Đài Loan, Elpida Memory của Nhật Bản (ngày nay là Micron Technology) trước khi về Tsinghua Unigroup.

Cơ hội cho Trung Quốc

Công nghệ EUV hiện nay đòi hỏi nhiều quy trình và vốn đầu tư lớn. Công nghệ càng tân tiến, càng có ít nhà cung cấp. Dù thuộc về ASML của Hà Lan, việc sản xuất chip dựa trên công nghệ này vẫn phụ thuộc vào các doanh nghiệp bán dẫn của Mỹ. Điều này khiến lệnh cấm của Mỹ đối với các công ty bán dẫn Trung Quốc trở nên hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, nếu bỏ qua kỹ thuật in thạch bản EUV, các nhà sản xuất chip vẫn có thể có nhiều lựa chọn khác. Chẳng hạn, Nikon và Canon của Nhật Bản đã phát triển công nghệ in chip riêng, không dùng EUV. Các công ty Trung Quốc như Huawei cũng đang nỗ lực phát triển các máy in thạch bản và đã có một số thành công, thậm chí một số báo cáo cho thấy nguyên mẫu máy dùng công nghệ nhúng laser DUV-ArF - công nghệ tiên tiến nhất trong số các công nghệ in thạch bản không ứng dụng EUV.

Hồi tháng 6, Yangtze Memory, một chi nhánh của Tsinghua Unigroup, thông bá công ty đã thành công trong việc phát triển hệ thống sản xuất chip nhớ Flash 3D 128 lớp. Hãng dự kiến bắt đầu sản xuất và thương mại sản phẩm vào cuối năm nay.

10 năm nữa Trung Quốc mới tự chủ ngành bán dẫn ảnh 3
Huawei có thể là công ty tiên phong trong việc tự chủ sản xuất linh kiện bán dẫn không có công nghệ Mỹ. Ảnh: Reuters.

Mỹ dường như đã tập trung vào EUV nhằm ngăn chặn Trung Quốc sản xuất các loại chip tiên tiến. Có thông tin cho rằng, Mỹ đã thuyết phục thành công chính phủ Hà Lan chặn ASML bán hệ thống sản xuất chip dựa trên EUV cho SMIC.

Tuy nhiên, động thái của các công ty như Yangtze đang cho thấy, Trung Quốc đã bắt đầu tích lũy kỹ năng sản xuất chip 3D, hướng đến mục tiêu áp dụng cho toàn bộ chip logic tiên tiến trong tương lai, giúp nước này tránh phụ thuộc EUV. Dù vậy, tham vọng tự chủ sản xuất chip của Trung Quốc sẽ gặp không ít khó khăn. Ngay cả khi không dùng EUV, các doanh nghiệp Trung Quốc vẫn phải phụ thuộc vào công nghệ Mỹ ở hàng loạt công đoạn quan trọng khác, như công đoạn lắng đọng các lớp mỏng phục vụ in 3D trên chip do KLA-Tencor và Applied Materials của Mỹ nắm giữ.

Giới chuyên gia đánh giá, bất kể công ty Trung Quốc có dùng công nghệ 3D hay không, khả năng cao họ vẫn phải đối mặt với nguy cơ bị Mỹ vô hiệu hóa việc xây dựng hoặc mở rộng năng lực sản xuất chip. Nhưng về lâu dài, các chuyên gia tin rằng nước này sẽ có những bước đi chiến lược nhằm nâng cao năng lực trong tất cả các lĩnh vực liên quan, như vật liệu, quang học, hóa chất, kiểm soát quá trình chế tạo tấm wafer...

Toshiaki Ikoma, cựu Chủ tịch hãng sản xuất chip Texas Instruments, cựu giám đốc công nghệ của Canon và hiện là giám đốc công nghệ của SMIC, tin rằng Trung Quốc có đủ các nhà khoa học và kỹ sư có năng lực để phát triển chip, cũng như phần mềm thiết kế chip cho riêng mình. "Chiến lược quốc gia của Trung Quốc đang là gửi nhiều sinh viên đến các trường học và công ty ở Mỹ. Những người này sau đó sẽ hồi hương sau hàng chục năm học tập để phục vụ quốc gia", Ikoma nói.

Giáo sư Hideki Wakabayashi, người đang làm việc tại Đại học Khoa học Tokyo, nói rằng Trung Quốc sẽ rất khó tự chủ công nghệ bán dẫn một sớm một chiều. Tuy nhiên, ông dự đoán nước này có khả năng sẽ trở thành quốc gia hàng đầu về bán dẫn trong vòng 10 - 20 năm tới nhờ vào "sự phong phú của nhân tài trong tất cả các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật".

Trong khi đó, Samuel Wang, phó chủ tịch nghiên cứu tại Gartner, cho rằng việc Trung Quốc phát triển mảng bán dẫn sẽ kéo theo hàng loạt lĩnh vực khác phát triển theo. "Các công nghệ như vật liệu mới, 3D, thiết kế chip hỗ trợ AI và hợp tác sản xuất dựa trên đám mây sẽ tạo ra cơ hội mới cho các công ty mới nổi", Wang nhận định.

James Lewis, phó chủ tịch cấp cao tại Trung tâm Nghiên cứu Chiến lược và Quốc tế ở Washington, cảnh báo rằng lệnh cấm công ty Mỹ không được làm ăn với Trung Quốc đang tạo cơ hội cho những doanh nghiệp không có nguồn gốc từ Mỹ trở thành nhà cung cấp thay thế. "Các hạn chế quá rộng lớn sẽ gây hại cho Mỹ nhiều hơn là choTrung Quốc", Lewis phát biểu hồi tháng 5.

Còn với Sakamoto, ông cho biết đã rất ấn tượng khi trò chuyện với một quan chức lãnh đạo doanh nghiệp Trung Quốc vào đầu năm nay. "Ông ấy nói với tôi rằng, các nhà lãnh đạo công nghệ Trung Quốc nên biết ơn Trump vì đã giúp họ quyết tâm hơn trong việc phát triển và tự chủ công nghệ", Sakamoto nói.

Theo VnExpress

Có thể bạn quan tâm