Công nghệ chip then chốt trong cuộc đua AI Mỹ - Trung

Đầu tháng 3 vừa qua, Công ty Sản xuất chất bán dẫn Đài Loan TSMC – nhà sản xuất hơn 90% chip tiên tiến trên thế giới– thông báo trên website cho biết, doanh nghiệp này có ý định mở rộng khoản đầu tư tại Mỹ lên tới 165 tỷ USD nhằm thúc đẩy tương lai của AI.

Trong đó, dự kiến sẽ rót tới 100 tỷ USD vào việc sản xuất chất bán dẫn tiên tiến với ba nhà máy mới, hai cơ sở đóng gói tiên tiến cùng một trung tâm nghiên cứu và phát triển.

Tác giả Wayne Chang trên tờ CNN đánh giá, đây là một trong những khoản đầu tư trực tiếp nước ngoài lớn nhất lịch sử nước Mỹ, thu hút sự chú ý trên toàn cầu nhưng cũng dấy lên nhiều lo ngại tại Đài Loan.

Cơn sốt trí tuệ nhân tạo bùng nổ trên toàn cầu đã ngày càng thúc đẩy nhu cầu đối với công nghệ đóng gói tiên tiến, thậm chí khiến nhu cầu này đang tăng theo cấp số nhân. Đây cũng là công nghệ then chốt trong cuộc đua giành quyền thống trị về AI giữa Mỹ và Trung Quốc.  

Mặc dù Washington và Bắc Kinh đạt được thỏa thuận về tạm ngừng áp thuế quan trả đũa, mối quan hệ giữa hai nền kinh tế lớn nhất vẫn chưa thể hạ nhiệt hoàn toàn do những căng thẳng về việc Mỹ hạn chế xuất khẩu chip cùng nhiều vấn đề khác.  

ĐÓNG GÓI TIÊN TIẾN LÀ GÌ?

Đóng gói là một trong những hoạt động cuối cùng nằm trong quy trình sản xuất chip, đưa vi mạch vào trong một lớp bảo vệ và kết nối vi mạch này với các linh kiện bên ngoài. Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ chip khỏi các tác động vật lý, nhiệt độ và độ ẩm.

Với đóng gói tiên tiến, các kỹ thuật cho phép kết nối nhiều chip hơn, đưa các bộ xử lý, ví dụ như bộ xử lý đồ họa (GPU), bộ xử lý trung tâm (CPU) hoặc bộ nhớ băng thông cao (HBM) được đặt gần nhau hơn, từ đó hiệu suất tổng thể tốt hơn, truyền dữ liệu nhanh hơn và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn.

Những con chip này có thể xem như các phòng khác nhau trong một công ty. Nếu các phòng càng gần nhau, nhân viên càng dễ di chuyển đi lại để trao đổi ý tưởng, cắt giảm thời gian và nâng cao hiệu quả hoạt động.

“Con người đang cố gắng đặt các con chip gần nhau nhất có thể, đồng thời, đưa vào nhiều giải pháp khác nhau để việc kết nối giữa các con chip trở nên dễ dàng hơn”, ông Dan Nystedt, Phó chủ tịch Công ty Đầu tư tư nhân TrioOrient có trụ sở tại châu Á, chia sẻ với CNN.

Theo một cách nào đó, công nghệ đóng gói tiên tiến này đang giúp duy trì định luật Moore – một định luật cho rằng số lượng bóng bán dẫn trên mỗi vi mạch sẽ tăng gấp đôi sau mỗi hai năm – trong bối cảnh những đột phá trong quy trình sản xuất chip ngày càng đắt đỏ và phức tạp hơn.

Dù hiện có nhiều loại công nghệ đóng gói tiên tiến, CoWoS – viết tắt của Chips-on-Wafer-on-Substrate, do TSMC phát minh – được xem là cái tên nổi bật nhất kể từ khi OpenAI cho ra mắt ChatGPT, khởi đầu cho làn sóng AI cuồng nhiệt toàn cầu.

Tại Đài Loan, CoWoS thậm chí đã trở thành một thuật ngữ quen thuộc đến mức bà Lisa Su, CEO của Advanced Micro Devices (AMD), từng nhận xét rằng đây là “nơi duy nhất bạn có thể nói từ CoWoS và ai cũng hiểu”.

COWOS RA ĐỜI NHƯ THẾ NÀO?

Dù chỉ mới được nhắc đến nhiều trong thời gian gần đây, CoWoS thực chất đã xuất hiện cách đây ít nhất 15 năm. Đây là sản phẩm của một nhóm kỹ sư do ông Chiang Shang-yi – người từng hai lần giữ vai trò điều hành tại TSMC và nghỉ hưu với chức danh đồng giám đốc điều hành – dẫn dắt.

Ông Chiang lần đầu đề xuất phát triển công nghệ này vào năm 2009, với mục đích đưa nhiều bóng bán dẫn hơn vào các con chip và giải quyết tình trạng nghẽn hiệu suất.

Tuy nhiên, khi công nghệ được hoàn thiện, chỉ rất ít công ty chấp nhận sử dụng do chi phí quá cao.

“Khi ấy tôi chỉ có đúng một khách hàng… Tôi thực sự trở thành trò cười trong công ty, và phải chịu rất nhiều áp lực”, ông nhớ lại trong một dự án năm 2022 của Bảo tàng Lịch sử máy tính tại Mountain View, California.

Nhưng cơn sốt AI đã làm thay đổi cục diện của CoWoS, biến công nghệ đóng gói này thành một trong những công nghệ được săn đón nhất hiện nay. “Kết quả vượt xa mọi kỳ vọng ban đầu của chúng tôi”, ông Chiang chia sẻ.

Trong chuỗi cung ứng chip toàn cầu, các công ty chuyên về đóng gói và kiểm định dịch vụ được gọi là doanh nghiệp lắp ráp và kiểm định bán dẫn theo hợp đồng (OSAT).

Ngoài TSMC, các tập đoàn như Samsung của Hàn Quốc và Intel của Mỹ, cùng các công ty OSAT như JCET Group của Trung Quốc, Amkor của Mỹ và ASE Group cùng SPIL của Đài Loan đều là những cái tên chủ chốt trong lĩnh vực công nghệ đóng gói tiên tiến.

VÌ SAO CÔNG NGHỆ ĐÓNG GÓI TIÊN TIẾN LẠI QUAN TRỌNG TỚI VẬY?

Công nghệ đóng gói tiên tiến đã trở thành một vấn đề lớn trong thế giới công nghệ vì giúp bảo đảm cho các ứng dụng AI – vốn đòi hỏi khả năng tính toán phức tạp – vận hành trơn tru, không bị gián đoạn hay trục trặc.

CoWoS là công nghệ không thể thiếu trong việc sản xuất các bộ xử lý AI, điển hình là các GPU của Nvidia và AMD, được sử dụng trong các máy chủ AI hay trung tâm dữ liệu.

“Gần như bất kỳ ai sản xuất chip AI cũng đang sử dụng quy trình CoWoS”, ông Nystedt cho hay. Điều này đã khiến nhu cầu đối với công nghệ CoWoS tăng vọt và hệ quả là TSMC đang phải chạy đua mở rộng công suất sản xuất.

Trong một chuyến thăm Đài Loan hồi đầu năm nay, ông Jensen Huang – CEO của Nvidia – đã chia sẻ với báo giới rằng, năng lực đóng gói tiên tiến hiện có “có lẽ đã gấp bốn lần” so với chưa đầy hai năm trước.

“Công nghệ đóng gói là yếu tố rất quan trọng đối với tương lai ngành điện toán”, ông nhấn mạnh. “Chúng ta giờ cần những công nghệ đóng gói tiên tiến, phức tạp để có thể kết hợp nhiều con chip lại thành một con chip khổng lồ”.

MỸ ĐƯỢC LỢI NHƯ THẾ NÀO?

Nếu coi công nghệ chế tạo tiên tiến là một phần của bài toán sản xuất chip, thì công nghệ đóng gói tiên tiến là một mảnh ghép khác.

Các nhà phân tích nhận định, việc sở hữu cả hai yếu tố này tại bang Arizona của Mỹ sau khoản đầu tư của TSMC sẽ giúp Mỹ có được một “chuỗi cung ứng khép kín” cho sản xuất chip, đồng thời củng cố vị thế AI của nước này. Không chỉ vậy, những khách hàng lớn nhất của TSMC, bao gồm Apple, Nvidia, AMD, Qualcomm và Broadcom, cũng đều được hưởng lợi.

“Nó (sự mở rộng của TSMC) giúp Mỹ có một chuỗi cung ứng hoàn chỉnh, từ sản xuất tiên tiến cho đến đóng gói tiên tiến, qua đó gia tăng khả năng cạnh tranh trong lĩnh vực chip AI”,  ông Eric Chen, nhà phân tích thuộc công ty nghiên cứu thị trường Digitimes Research, chia sẻ với CNN.

Ngoài ra, bởi các công nghệ đóng gói tiên tiến dành cho AI hiện chỉ được sản xuất tại Đài Loan nên việc đặt nhà máy tại Arizona cũng giúp giảm thiểu rủi ro chuỗi cung ứng.

“Thay vì để tất cả trứng vào một giỏ, CoWoS sẽ vừa có ở Đài Loan vừa có ở Mỹ, điều đó khiến bạn cảm thấy an toàn và yên tâm hơn”, ông Nystedt nói.