Trước các biện pháp kiểm soát công nghệ của Mỹ và đồng minh, Trung Quốc đang đẩy mạnh xây dựng hệ sinh thái bán dẫn trong nước. Công nghệ quang khắc DUV ngâm là một bước tiến quan trọng, dù nước này vẫn còn khoảng cách với EUV tiên tiến nhất…

Khi Trung Quốc công bố kế hoạch “Made in China 2025” vào năm 2015 với tham vọng chuyển từ một nền kinh tế chủ yếu sản xuất các sản phẩm giá trị thấp thành một cường quốc công nghệ cao, bán dẫn là một trong những lĩnh vực được đặt ở vị trí trọng tâm.

Mỹ sau đó ngày càng sử dụng các chính sách thương mại và hạn chế xuất khẩu để làm chậm bước tiến công nghệ của Trung Quốc. Năm 2019, Huawei cùng các công ty liên quan bị đưa vào danh sách hạn chế của Bộ Thương mại Mỹ, khiến doanh nghiệp này khó tiếp cận công nghệ và thiết bị của Mỹ.

Ba năm sau, các biện pháp kiểm soát được mở rộng sang toàn ngành bán dẫn, nhằm hạn chế khả năng Trung Quốc thiết kế và sản xuất các loại chip tiên tiến. Các quy định tiếp tục được Mỹ và đồng minh điều chỉnh theo hướng ngày càng cụ thể và chặt chẽ hơn.

Trong bối cảnh đó, Bắc Kinh đang lựa chọn một chiến lược khác: đẩy nhanh xây dựng năng lực công nghệ trong nước và giảm phụ thuộc vào nguồn cung nước ngoài.

DUV - MẢNH GHÉP QUAN TRỌNG TRONG CHIẾN LƯỢC TỰ CHỦ CHIP

Để giảm phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài, Trung Quốc đang tăng tốc đầu tư vào toàn bộ chuỗi giá trị bán dẫn, từ thiết kế chip, sản xuất, đóng gói đến thiết bị sản xuất.

Các doanh nghiệp lớn được phân công theo những mắt xích khác nhau. Huawei tập trung vào thiết kế chip, trong khi SMIC phát triển năng lực sản xuất theo mô hình foundry. Yangtze Memory Technologies (YMTC) chuyên về bộ nhớ NAND flash, còn ChangXin Memory Technologies (CXMT) là nhà sản xuất DRAM chủ lực của Trung Quốc.

Trong chiến lược đó, công nghệ quang khắc cực tím sâu ngâm - immersion DUV đang thu hút sự chú ý.

Theo CNA, Trung Quốc được cho là đã bắt đầu sản xuất hàng loạt các máy quang khắc immersion DUV do nước này tự phát triển. Nếu tiếp tục được cải thiện, công nghệ này có thể giúp các nhà sản xuất chip Trung Quốc tiến xa hơn so với những bộ xử lý như Kirin 9030 Pro.

Về nguyên lý, một con chip chứa hàng tỷ bóng bán dẫn siêu nhỏ. Các đường kết nối giữa chúng truyền tín hiệu điện và được hình thành qua nhiều lớp trên tấm wafer silicon.

Quang khắc là công đoạn sử dụng ánh sáng để in những cấu trúc này lên wafer. Công nghệ DUV thông thường sử dụng ánh sáng có bước sóng 193 nanomet để tạo ra các hoa văn trên wafer. Bước sóng càng ngắn và khả năng kiểm soát ánh sáng càng chính xác thì các cấu trúc có thể được tạo ra càng nhỏ, qua đó cho phép tích hợp nhiều bóng bán dẫn hơn trên cùng một diện tích.

Với immersion DUV, ánh sáng 193 nanomet vẫn được sử dụng, nhưng một lớp nước tinh khiết rất mỏng được đặt giữa thấu kính và wafer. Lớp nước này giúp tập trung ánh sáng tốt hơn, cho phép tạo ra các cấu trúc nhỏ hơn. Đây là bước tiến đáng kể đối với Trung Quốc, nhưng DUV ngâm vẫn chưa thể đưa nước này ngang hàng với công nghệ EUV.

Công nghệ quang khắc cực tím (EUV) sử dụng ánh sáng có bước sóng chỉ 13,5 nanomet, cho phép tạo ra những cấu trúc phức tạp hơn trên chip với ít công đoạn hơn. Điều này giúp giảm khả năng xảy ra sai sót trong quá trình sản xuất.

Hiện ASML của Hà Lan là nhà sản xuất duy nhất trên thế giới chế tạo máy quang khắc EUV. Do các hạn chế xuất khẩu, Mỹ và các đồng minh có thể tiếp cận công nghệ này, trong khi Trung Quốc không được phép tiếp cận.

Chuyên gia kinh tế và phân tích quan hệ quốc tế Samirul Ariff Othman thuộc Global Asia Consultant nhận định immersion DUV có thể giúp Trung Quốc “lấp một khoảng trống quan trọng” trong hệ thống sản xuất bán dẫn, nhưng chưa thể thay thế EUV.

Theo ông, thách thức hiện nay không còn đơn giản là Trung Quốc có thể chế tạo được một chiếc máy DUV hay không, mà là có thể sản xuất chúng một cách ổn định, liên tục cải tiến và đạt tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn đủ sức cạnh tranh hay không.

Một hạn chế khác là immersion DUV đòi hỏi nhiều bước tạo mẫu và xử lý hơn EUV. Điều này làm tăng nguy cơ sai lệch trong căn chỉnh, phát sinh lỗi và khiến tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn thấp hơn.

CUỘC ĐUA CHIP KHÔNG CHỈ LÀ CUỘC ĐUA VỀ QUANG KHẮC

Dù quang khắc là một trong những nút thắt công nghệ quan trọng nhất, đây chỉ là một công đoạn trong toàn bộ quá trình sản xuất bán dẫn.

Hệ sinh thái bán dẫn toàn cầu hiện được phân chia theo những chuyên môn rất khác nhau.

Mỹ dẫn đầu về thiết kế chip. Theo dữ liệu về thị phần doanh thu năm 2021 được CNA dẫn lại, các doanh nghiệp Mỹ như Nvidia, Intel và Qualcomm chiếm 46% doanh thu thiết kế bán dẫn toàn cầu, cao hơn gấp đôi đối thủ đứng thứ hai.

Hà Lan giữ vị trí đặc biệt nhờ ASML và công nghệ EUV. Đài Loan với TSMC dẫn đầu về sản xuất chip cao cấp, trong khi Samsung và SK Hynix của Hàn Quốc giữ vai trò quan trọng trong lĩnh vực bộ nhớ DRAM.

Singapore tham gia vào nhiều mắt xích của chuỗi cung ứng, từ sản xuất chip phổ thông đến chế tạo thiết bị.

Chuỗi sản xuất bán dẫn bắt đầu từ các nguyên liệu như thạch anh. Nguyên liệu này được tinh chế, xử lý, nung chảy và tạo thành những thỏi silicon có độ tinh khiết cực cao.

Mỹ và Đức là những nhà xuất khẩu lớn các nguyên liệu như thạch anh độ tinh khiết cao, trong khi Trung Quốc và Nhật Bản là những nước nhập khẩu ròng lớn.

Các thỏi silicon sau đó được cắt thành những tấm wafer mỏng, trên đó các chip được chế tạo. TSMC của Đài Loan và Samsung của Hàn Quốc hiện là những doanh nghiệp dẫn đầu về sản xuất chip tiên tiến.

Sau công đoạn chế tạo, chip được cắt khỏi wafer, đóng gói và kiểm thử. Phần lớn hoạt động này diễn ra tại khu vực châu Á - Thái Bình Dương, bao gồm Trung Quốc, Đài Loan, Singapore, Malaysia, Việt Nam và Philippines.

Những con chip sau đó được sử dụng trong nhiều sản phẩm từ điện thoại thông minh, xe điện đến trung tâm dữ liệu và thiết bị công nghiệp.

Trung Quốc là một trung tâm sản xuất điện tử lớn của thế giới, trong khi Mỹ có thế mạnh đặc biệt về các loại chip cao cấp phục vụ trí tuệ nhân tạo và trung tâm dữ liệu. Điều này cho thấy ngay cả khi Trung Quốc đạt được đột phá về DUV, nước này vẫn phải giải quyết nhiều bài toán khác trong toàn bộ chuỗi cung ứng bán dẫn.

TỪ “ĐI THEO” ĐẾN XÂY DỰNG HỆ SINH THÁI TỰ CHỦ

Theo chuyên gia kinh tế Geoffrey Williams, Trung Quốc không còn đơn thuần là một quốc gia tụt hậu về công nghệ hoặc chỉ sao chép công nghệ như trước đây. Trong nhiều thập kỷ, nước này đã đầu tư mạnh vào hạ tầng nghiên cứu và phát triển, nguồn nhân lực và các viện nghiên cứu, đồng thời thu hút các nhà nghiên cứu và học giả quốc tế tham gia vào các nhóm công nghệ trong nước.

Nếu tiếp tục phải đối mặt với các biện pháp hạn chế thương mại và trừng phạt, Trung Quốc nhiều khả năng sẽ tiếp tục phát triển các công nghệ thay thế của riêng mình.

Theo ông Williams, Trung Quốc hiện đã có lợi thế trong nhiều lĩnh vực, trong đó có AI, đồng thời sở hữu một nền tảng sản xuất quy mô lớn.

Neil Shah, đồng sáng lập kiêm Phó chủ tịch Counterpoint Research, cho rằng một cách để đánh giá thành công của Trung Quốc là nước này đã “đi rộng nhanh hơn đi sâu”. Ở các công nghệ sản xuất chip thuộc các tiến trình trưởng thành, Trung Quốc đã có khả năng tác động đến giá và gây sức ép lên biên lợi nhuận của toàn ngành.

Các biện pháp kiểm soát xuất khẩu của Mỹ đã làm chậm tiến bộ của Trung Quốc trong ngắn hạn ở phân khúc cao cấp, đặc biệt là AI và các công nghệ sản xuất chip tiên tiến. Tuy nhiên, Bắc Kinh có một lợi thế đáng kể: Trung Quốc có thể tiếp tục tài trợ cho ngành sản xuất chip trong nước mà không phải chịu áp lực về hiệu quả đầu tư giống như các doanh nghiệp thương mại thông thường.

Điều này khiến bài toán bán dẫn của Trung Quốc không còn đơn thuần là một bài toán kinh doanh, mà trở thành một dự án chiến lược về tự chủ công nghệ quốc gia. Đây cũng là điểm khác biệt lớn so với các doanh nghiệp phương Tây, nơi mỗi khoản đầu tư thường phải chịu áp lực lớn về lợi nhuận và hiệu quả tài chính.

NGƯỜI TIÊU DÙNG CÓ THỂ ĐƯỢC HƯỞNG LỢI?

Nếu các doanh nghiệp Trung Quốc có thể đạt hiệu năng thực tế đủ sức cạnh tranh bằng những con đường công nghệ thay thế, người tiêu dùng có thể là bên hưởng lợi. Lợi ích không chỉ đến từ khả năng giá sản phẩm giảm mà còn từ sự đổi mới được thúc đẩy bởi cạnh tranh.

Tuy nhiên, mặt trái của xu hướng này là nguy cơ phân mảnh công nghệ. Nếu các hạn chế thương mại và công nghệ tiếp tục thúc đẩy Trung Quốc xây dựng một hệ sinh thái bán dẫn riêng, thế giới có thể hình thành hai hệ sinh thái bán dẫn ngày càng khó tương thích. Kịch bản này có thể dẫn tới đầu tư trùng lặp, làm giảm lợi thế kinh tế nhờ quy mô và cuối cùng khiến chi phí tăng lên.

Theo ông Samirul, người tiêu dùng vì vậy có thể đồng thời trải nghiệm hai tác động trái chiều: cạnh tranh lớn hơn trong từng khối công nghệ, nhưng hiệu quả thấp hơn trên toàn bộ nền kinh tế toàn cầu.

Cuộc đua bán dẫn vì thế không còn chỉ là cuộc cạnh tranh giữa những doanh nghiệp hay giữa các công nghệ riêng lẻ. Đó đang trở thành cuộc cạnh tranh về khả năng kiểm soát toàn bộ hệ sinh thái công nghệ, từ thiết kế, vật liệu, thiết bị sản xuất đến chế tạo, đóng gói và ứng dụng.

Với Trung Quốc, immersion DUV có thể chưa phải là bước đột phá đủ để thu hẹp toàn bộ khoảng cách với những công nghệ tiên tiến nhất. Nhưng nếu nước này có thể biến năng lực DUV thành sản xuất quy mô lớn, ổn định và hiệu quả, đây sẽ là một mắt xích quan trọng trong chiến lược giảm phụ thuộc công nghệ nước ngoài và xây dựng một hệ sinh thái bán dẫn tự chủ hơn.