Bên trong cuộc cách mạng chip của Mỹ đang diễn ra tại 'Sa mạc Silicon"

Vài năm trước, khi ông C.M. Lai đang chuẩn bị nghỉ hưu khi đang giữ vị trí giám đốc cấp cao tại một nhà cung ứng bán dẫn và định rời khỏi ngành, một đề nghị bất ngờ đến từ United Integrated Services (UIS): ông có muốn dẫn dắt hoạt động lần đầu tiên của công ty tại Mỹ hay không?

UIS là một nhà thầu xây dựng các cơ sở chip và công trình công nghệ cao lớn của Đài Loan, sở hữu các khách hàng quan trọng như Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) và Micron Technology. Và vào thời điểm đó, TSMC đang lên kế hoạch xây dựng nhà máy chip tiên tiến đầu tiên của hãng tại Phoenix, Arizona của Mỹ.

Ông Lai quyết định nhận thử thách này.

Chia sẻ với Nikkei Asia, ông Lai cho biết: “Vào năm 2023, tôi không biết đường hầm tối phía trước sẽ dài đến đâu” khi gặp hàng loạt vấn đề liên quan đến chi phí vận hàng, thời gian chờ các loại giấy phép cũng như yêu cầu về mức độ chi tiết trong bản vẽ thiết kế.

Các thành viên trong nhóm của ông Lai, cùng nhiều nhà cung ứng khác, đã gần như sống nhiều năm trong một “thành phố container” gồm các văn phòng di động đặt cạnh công trường của TSMC ở Phoenix. Cách làm này giúp các nhà cung ứng phối hợp chặt chẽ hơn và giải quyết vấn đề nhanh hơn, dù giờ làm việc cực kỳ dài.

LƯỢNG CÔNG VIỆC KHỔNG LỒ CỦA CÁC NHÀ MÁY CHIP

Xây dựng các cơ sở công nghệ cao và phòng sạch cho nhà máy chip tiên tiến đòi hỏi chuyên môn khổng lồ. Mọi chi tiết, từ lắp đặt đường ống dẫn khí, hóa chất, nước cho tới bố trí thiết bị, đều cần kiến thức cực kỳ chính xác, vì những yếu tố này liên quan trực tiếp đến hiệu suất sản xuất và chất lượng đầu ra, ảnh hưởng đến vận hành dây chuyền sau này.

Các dự án như vậy có thể liên quan đến hàng chục nghìn kỹ thuật viên và vô số linh kiện, từ đường ống lớn đủ để một người đi vào tới những con ốc chỉ dài vài centimet.

Thời gian cũng là yếu tố then chốt. Mỗi bước thi công phải được phối hợp chính xác để toàn bộ quy trình diễn ra trơn tru. Không chỉ vậy, các công ty phải xử lý các vấn đề lập lịch phức tạp và tình trạng thiếu linh kiện, bao gồm việc tự lập kho hàng riêng và tìm thêm nhà cung ứng địa phương.

TSMC đã nâng tổng đầu tư tại Arizona lên 165 tỷ USD, với kế hoạch ít nhất tám cơ sở bao gồm sản xuất chip tiên tiến, đóng gói chip và nghiên cứu – phát triển, và để ngỏ khả năng mở rộng thêm. Kế hoạch ban đầu của hãng này là vào năm 2021 chỉ là một nhà máy trị giá 12 tỷ USD.

Khu vực phía Bắc Phoenix, trước đây vốn chỉ là vùng đất hoang, nay đã biến thành một trung tâm nhộn nhịp với hơn 3.000 nhân viên, và đã sản xuất chip tiên tiến cho Apple và bộ xử lý AI Blackwell mới nhất của Nvidia. Trung bình mỗi ngày có khoảng 5.000 – 6.000 công nhân xây dựng làm việc tại đây, và con số có thể tăng lên khoảng 12.000 khi dự án sản xuất chip lớn nhất trên đất Mỹ tiếp tục mở rộng.

TSMC không phải là “ông lớn” chip duy nhất rót hàng tỷ USD vào Arizona. Chỉ cách đó 50 phút lái xe về phía Nam, tại Chandler, Intel đang mở rộng khu khuôn viên Ocotillo, nơi bắt đầu hoạt động từ những năm 1980. Intel gần đây đã bắt đầu sản xuất những con chip tiên tiến nhất thế giới tại đây, sử dụng quy trình 18A, hay 1,8 nanomet.

Từ năm 2020, Arizona đã thu hút hơn 60 dự án bán dẫn với tổng vốn công bố hơn 210 tỷ USD và khoảng 25.000 việc làm mới dự kiến, theo Cơ quan Thương mại Arizona.

Bà Kate Gallego, thị trưởng Phoenix từ năm 2019, cho biết thành phố này đã đầu tư 205 triệu USD vào hệ thống nước, nước thải và đường sá để hỗ trợ hệ sinh thái bán dẫn.

Cách đó khoảng một giờ lái xe về phía nam, tại Casa Grande, nhà cung ứng của TSMC là Chang Chun Group đã xây dựng nhà máy vật liệu chip cao cấp đầu tiên của hãng tại Mỹ. Nằm cạnh tuyến đường sắt liên bang lớn, nhà máy hiện bước vào giai đoạn chạy thử, với giai đoạn thẩm định cuối dự kiến bắt đầu năm nay. Cơ sở này sẽ sản xuất hóa chất tinh khiết cao cho sản xuất chip tiên tiến – những vật liệu trước đây gần như hoàn toàn được nhập khẩu.

BỨC TRANH PHỨC TẠP VÀ ĐÒI HỎI NỖ LỰC DÀI HẠN

Xây dựng hệ sinh thái bán dẫn ở một khu vực mới là thách thức khổng lồ. Chỉ riêng việc sản xuất hóa chất đạt chuẩn điện tử đã có thể cần tới 12 tháng thử nghiệm và xác minh thêm để đảm bảo chất lượng.

Kết quả chỉ thực sự hiện diện khi nhà máy được xác định là hoàn toàn có khả năng sản xuất hàng loạt. Thế nhưng, những khoản đầu tư trước đó phải được thực hiện từ trước nhiều năm.

Bức tranh trở nên phức tạp hơn nhiều khi nhìn toàn bộ chuỗi cung ứng, vốn phụ thuộc vào sự phối hợp nhịp nhàng của hàng trăm, thậm chí hàng nghìn nhà cung cấp hóa chất, vật liệu, khí gas và thiết bị để tạo ra chip.

TSMC thừa nhận, chi phí cao hơn dự kiến và tiến độ bị trì hoãn do thiếu nhân lực, thời gian cấp phép kéo dài và chuỗi cung ứng địa phương chưa hoàn thiện.

Thậm chí, CEO của công ty này – ông CC Wei cho biết doanh nghiệp đã chi khoảng 35 triệu USD để thuê chuyên gia hỗ trợ làm việc với các quan chức địa phương nhằm xây dựng quy định mới cho các cơ sở bán dẫn tại Phoenix, vì khu vực này chưa từng có loại hạ tầng này trước đó (các nhà máy của Intel tuy gần nhưng lại thuộc địa phận thành phố khác).

“Cuối cùng, chúng tôi đã cùng nhau tạo ra khoảng 18.000 quy định liên quan đến ngành bán dẫn”, ông Wei chia sẻ với Nikkei.

Chi phí và trì hoãn đôi khi gây thiệt hại nặng. Một số nhà cung ứng hóa chất cho Intel và TSMC, như LCY Chemical, Kento-PPC và Solvay, từng tạm dừng đầu tư sản xuất tại Mỹ do chi phí tăng cao và thiếu lao động, theo Nikkei Asia đưa tin trước đó; trong khi các nhà thầu như UIS và Marketech International Corp chịu ảnh hưởng lớn đến lợi nhuận vài năm gần đây.

Gần đây hơn, TSMC đã thông báo với khách hàng rằng hãng sẽ tăng giá các công nghệ sản xuất chip tiên tiến nhất, đặc biệt là các công nghệ dưới 5 nanomet, từ năm sau trở đi, chủ yếu do chi phí tăng khi đẩy mạnh mở rộng ra nước ngoài, theo các nguồn tin.

Tuy nhiên, sự bùng nổ đầu tư AI và nhu cầu tăng đối với sản xuất tại chỗ đang giúp các khoản đầu tư bắt đầu sinh lợi. Khách hàng Mỹ chiếm 76% tổng doanh thu của TSMC trong giai đoạn tháng 7 – 9/2025 vừa qua – mức cao nhất từ trước đến nay. Mỹ được dự báo sẽ dẫn đầu thế giới đầu tư chip từ năm 2027, theo Hiệp hội vi điện tử (SEMI).

Ông Brady Wang, nhà phân tích về bán dẫn tại Counterpoint Research, nhận định rằng, nếu quá trình xây dựng hạ tầng AI tiếp tục, một hệ sinh thái sản xuất chip tiên tiến hơn rất có thể sẽ hình thành tại Mỹ trong dài hạn.

Theo ông, những lo ngại về gián đoạn chuỗi cung ứng đang thúc đẩy các nhà sản xuất chip và các tập đoàn công nghệ lớn đảm bảo năng lực sản xuất quan trọng gần với quê nhà hơn.

“Một động lực khác để các nhà cung ứng của TSMC đầu tư vào Mỹ là họ vốn đã hỗ trợ những dây chuyền sản xuất chip tiên tiến nhất ở châu Á. Điều đó đặt họ vào vị thế có thể cung ứng cho các nhà sản xuất chip Mỹ khác như Intel, Texas Instruments, GlobalFoundries và Micron, nghĩa là các cơ hội đang vượt xa việc chỉ hỗ trợ kế hoạch mở rộng của TSMC”, ông phân tích.

“Thành thật mà nói, đã có thời điểm các nhà cung ứng không chắc liệu khoản đầu tư vào Mỹ có bao giờ sinh lời hay không”, bà Stacy Yang, Giám đốc Topco Scientific – một nhà phân phối vật liệu chip tại Arizona – cho biết. “Nhưng niềm tin và sự hào hứng đã quay trở lại, được thúc đẩy bởi làn sóng các cam kết đầu tư mới”.

HÌNH THÀNH MẠNG LƯỚI CUNG ỨNG, TÌM KIẾM LỢI NHUẬN MỚI

Giờ đây, các nhà cung ứng hiểu ra rằng họ cần hợp tác với nhau. Sunlit Chemical, một trong những doanh nghiệp đầu tiên xây nhà máy tại Arizona, đang hỗ trợ nhà sản xuất hóa chất bán dẫn Kuang Ming Enterprise bằng cách lưu trữ vật liệu của Kuang Ming trong kho, theo chia sẻ của nhiều lãnh đạo trong ngành với Nikkei Asia.

Kuang Ming là nhà cung cấp axit sulfuric duy nhất đạt chuẩn bán dẫn cho dây chuyền chip tiên tiến nhất của TSMC nhưng lại chưa có cơ sở tại Mỹ. Các công ty vận chuyển hóa chất chuyên dụng như Rinchem và NRS Chemicals cũng đang cung cấp hỗ trợ đáng kể tại địa phương.

TSMC nói với Nikkei Asia rằng hệ sinh thái như vậy là thiết yếu. “Do mức độ phức tạp của công nghệ chế tạo và thiết kế, không một công ty bán dẫn nào có thể tự mình giải quyết mọi thách thức”, người phát ngôn của hãng cho biết.

Topco cũng trở thành một đầu mối quan trọng, hỗ trợ các nhà sản xuất hóa chất, vật liệu và thiết bị khác – nhiều doanh nghiệp trong số này không có đủ nguồn lực để xây dựng hiện diện tại Mỹ – triển khai dịch vụ trực tiếp.

Sự hợp tác như vậy đặc biệt quan trọng ở những khu vực không có các cụm sản xuất hoàn chỉnh như Đài Loan hoặc các trung tâm châu Á khác. Các thị trường nước ngoài đã có chuỗi cung ứng riêng, nhưng thường phân mảnh hơn.

Điều này khác với châu Á hay Đài Loan, nơi các nhà cung ứng tập trung gần nhau và hệ sinh thái rất tích hợp. Nhưng động lực địa chính trị hiện tại đang tạo ra các cơ hội và động lực mới để những công ty mở rộng ra ngoài các thị trường truyền thống.