Một mặt trận mới về chip đang mở ra trong cuộc xung đột Mỹ-Trung

Tổng thống Joe Biden đã áp dụng cách tiếp cận theo hai hướng để hạn chế tiến bộ công nghệ cao của Trung Quốc, hạn chế khả năng tiếp cận của Bắc Kinh với các chip tiên tiến nhất trong khi thúc đẩy sản xuất chất bán dẫn ở Mỹ.

Ông sắp tăng áp lực hơn nữa, chuyển trọng tâm sang một lĩnh vực mới nổi của cuộc tranh giành quyền lực tối cao về công nghệ: quy trình đóng gói chất bán dẫn ngày càng được coi là con đường để đạt được hiệu suất cao hơn.

Không chỉ có Mỹ là nhận ra tiềm năng của cái gọi là bao bì tiên tiến: Trung Quốc cũng đang tận dụng một lĩnh vực không bị trừng phạt, chiếm thị phần toàn cầu và đạt được tiến bộ vốn bị từ chối trong sản xuất chip cao cấp.

Jim McGregor, người sáng lập công ty phân tích công nghệ Tirias Research cho biết: "Bao bì là trụ cột đổi mới mới trong ngành bán dẫn - nó sẽ thay đổi ngành này một cách mạnh mẽ". Đối với Trung Quốc, quốc gia chưa có năng lực công nghệ tiên tiến, "họ chắc chắn sẽ dễ dàng phát triển hơn" ở đây vì nó không bị chính phủ Hoa Kỳ hạn chế. Ông nói: "Bao bì có thể giúp họ thu hẹp khoảng cách".

Cho đến gần đây, việc kinh doanh đóng gói chất bán dẫn – bọc chip trong vật liệu vừa bảo vệ chúng vừa kết nối chúng với thiết bị điện tử mà chúng là một phần trong đó – tốt nhất là một suy nghĩ lại của ngành. Vì vậy, nó được gia công, chủ yếu ở châu Á, trong đó Trung Quốc là nước hưởng lợi chính: ngày nay, Mỹ chỉ chiếm 3% công suất đóng gói của thế giới, theo Intel Corp.

Tuy nhiên, đột nhiên, bao bì tiên tiến xuất hiện ở khắp mọi nơi: Intel đang coi đó là một phần cốt lõi trong chiến lược quay trở lại khả năng cạnh tranh của gã khổng lồ chip Mỹ ; Trung Quốc coi đây là phương tiện để xây dựng năng lực bán dẫn trong nước; và bây giờ Washington đang chuyển sang sử dụng nó như một phần trong kế hoạch tự cung tự cấp của riêng mình.

Hơn một năm sau khi Đạo luật Khoa học và CHIPS ra đời, chính quyền Biden đã vạch ra kế hoạch cho Chương trình Sản xuất Bao bì Tiên tiến Quốc gia trị giá 3 tỷ USD, sau khi tuyển dụng một giám đốc cho trung tâm gần đây. 

Thứ trưởng Thương mại Laurie Locascio cho biết mục tiêu là tạo ra nhiều cơ sở đóng gói khối lượng lớn vào cuối thập kỷ này - và giảm sự phụ thuộc vào các tuyến cung ứng châu Á vốn gây ra rủi ro an ninh mà Mỹ "không thể chấp nhận".

Người phát ngôn Nhà Trắng Robyn Patterson cho biết, tổng thống "đã ưu tiên đảm bảo sự dẫn đầu của Mỹ trong tất cả các yếu tố sản xuất chất bán dẫn, trong đó bao bì tiên tiến là một trong những lĩnh vực thú vị và quan trọng nhất".

Với việc bao bì tiên tiến nhanh chóng trở thành mặt trận mới trong cuộc xung đột toàn cầu về chip, một số người cho rằng điều này đã quá hạn lâu.

Chính quyền cho đến nay vẫn tập trung vào các khoản trợ cấp để đưa hoạt động sản xuất chip trở lại Mỹ, nhưng "chúng tôi không thể bỏ qua việc đóng gói vì bạn không thể làm cái này mà không có cái kia", Đại diện Jay Obernolte, một đảng viên Cộng hòa ở California, một trong hai phó tổng thống, cho biết. -Chủ tịch của Nhóm Trí tuệ Nhân tạo Quốc hội. Ông nói thêm: "Sẽ không có vấn đề gì nếu chúng tôi thực hiện 100% hoạt động sản xuất chip trong nước nếu bao bì vẫn ở nước ngoài".

Lắp ráp, thử nghiệm và đóng gói – thường được coi là sản xuất "phụ trợ" - luôn là công đoạn kém hấp dẫn nhất của ngành bán dẫn, với ít sự đổi mới hơn và giá trị gia tăng thấp hơn so với hoạt động kinh doanh "giao diện người dùng" là sản xuất chip với các tính năng được đo lường trong một phần tỷ mét. Tuy nhiên, mức độ phức tạp đang tăng lên nhanh chóng khi các công nghệ mới cho phép các con chip được kết hợp, xếp chồng lên nhau và hiệu suất của chúng được nâng cao theo cái mà các nhà điều hành ngành đang gọi là điểm uốn.

Công nghệ đóng gói tiên tiến không thể giúp Trung Quốc cạnh tranh với các công ty phát triển chất bán dẫn hàng đầu từ Mỹ, nhưng nó cho phép Bắc Kinh xây dựng các hệ thống điện toán nhanh hơn, rẻ hơn bằng cách kết hợp các con chip khác nhau chặt chẽ với nhau. 

Trong trường hợp đó, Trung Quốc có thể để dành công nghệ chip mới nhất, vốn đắt tiền và có số lượng hạn chế, cho phần quan trọng nhất của chip và sử dụng các công nghệ cũ hơn, rẻ hơn để sản xuất chip thực hiện các chức năng khác như quản lý pin và điều khiển cảm biến, kết hợp toàn bộ trong một gói mạnh mẽ.

Nhà phân tích công nghệ Charles Shum của Bloomberg Intelligence cho biết, đó là một "giải pháp then chốt". "Nó không chỉ đơn thuần là nâng cao tốc độ xử lý chip mà còn quan trọng là cho phép tích hợp liền mạch các loại chip khác nhau". Kết quả là, ông nói, nó "được thiết lập để định hình lại bối cảnh sản xuất chất bán dẫn".

Theo US- Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn có trụ sở tại. Mặc dù tụt hậu so với Đài Loan và Mỹ về công nghệ tiên tiến, các nhà phân tích đồng ý rằng không giống như xử lý tấm bán dẫn, họ ở vị trí tốt hơn nhiều để có thể bắt kịp.

Trung Quốc vốn tự hào về số lượng cơ sở vật chất phụ trợ nhiều nhất, bao gồm cả công ty thử nghiệm và lắp ráp lớn thứ ba thế giới, JCET Group, chỉ xếp sau Tập đoàn ASE của Đài Loan và Amkor Technology của Mỹ về doanh thu. Hơn nữa, các công ty Trung Quốc đang xây dựng thị phần, bao gồm thông qua việc JCET mua lại cơ sở tiên tiến ở Singapore và xây dựng một nhà máy đóng gói tiên tiến ở quê hương Jiangyin.

Mathieu Duchatel thuộc Viện nghiên cứu Montaigne, một chuyên gia về Trung Quốc tại Đài Loan chuyên nghiên cứu về địa chính trị công nghệ, cho biết: "Đối với Trung Quốc, một cách để giải quyết các hạn chế chuyển giao công nghệ là đóng gói tiên tiến, bởi vì cho đến nay đây là không gian an toàn mà mọi người đều đầu tư vào".

Đó là một nhận thức hiện đang khiến Washington cảm động khi nước này tìm cách từ chối Bắc Kinh tiếp cận với loại công nghệ điện toán tiên tiến có thể được đưa vào sử dụng quân sự – với thành công đáng nghi ngờ.

Khi Huawei lặng lẽ phát hành điện thoại thông minh Mate 60 Pro vào tháng 9, những người diều hâu về Trung Quốc ở Washington đã đặt ra câu hỏi tại sao các biện pháp kiểm soát xuất khẩu của Mỹ lại không ngăn được một diễn biến được cho là nằm ngoài khả năng của Bắc Kinh.

Trong lời khai trước Hạ viện ngày 19/9, Bộ trưởng Thương mại Gina Raimondo bảo vệ việc chính quyền Biden tập trung vào việc từ chối Trung Quốc tiếp cận các con chip tiên tiến nhất và thiết bị để sản xuất chúng. Nhưng cô ấy đã được ưu tiên về bao bì tiên tiến. Bà nói, Mỹ cần tăng cường năng lực đóng gói tiên tiến của mình vì "chip chỉ có thể có kích thước rất nhỏ, điều đó có nghĩa là tất cả nước sốt đặc biệt đều có trong bao bì".

Một lý do khiến người ta đột ngột tập trung vào loại nước sốt đặc biệt đó là sự cần thiết của nó đối với loại chất bán dẫn công suất cao cần thiết cho các ứng dụng trí tuệ nhân tạo. Sự thiếu hụt một loại bao bì cụ thể được gọi là Chip on Wafer on Substrate, hay CoWoS , là một nút thắt chính trong quá trình sản xuất chip AI của Nvidia Corp.

Công ty Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan, nhà sản xuất chip chính của Nvidia, mùa hè này đã cam kết đầu tư 3 tỷ USD vào một nhà máy đóng gói để giúp giảm bớt tình trạng tắc nghẽn. Giám đốc điều hành CC Wei nói với các nhà đầu tư trong cuộc họp báo cáo thu nhập quý 3 của công ty rằng công ty có kế hoạch tăng gấp đôi công suất CoWoS vào cuối năm tới.

Jun He, Phó Chủ tịch Công nghệ Đóng gói Tiên tiến, phát biểu tại một hội nghị ở Đài Bắc vào tháng 10 rằng mặc dù TSMC đã nghiên cứu công nghệ này được 12 năm nhưng đây chỉ là một ứng dụng thích hợp mới thành công trong năm nay. Jun He cho biết: "Chúng tôi đang xây dựng năng lực một cách điên cuồng", đồng thời nói thêm rằng "tất cả mọi người, thậm chí có thể ở Starbucks", đang nói về CoWoS.

Không chỉ có TSMC. Micron đang thiết lập một cơ sở phụ trợ trị giá 2,75 tỷ USD ở Ấn Độ, trong khi Intel đồng ý xây dựng một nhà máy lắp ráp và thử nghiệm trị giá 4,6 tỷ USD ở Ba Lan và đầu tư khoảng 7 tỷ USD vào hoạt động đóng gói tiên tiến ở Malaysia. SK Hynix của Hàn Quốc năm ngoái cho biết họ có kế hoạch đầu tư 15 tỷ USD vào một cơ sở đóng gói ở Mỹ.

Giám đốc điều hành Pat Gelsinger cho biết trong một cuộc phỏng vấn rằng Intel hiện có "một số công nghệ rất độc đáo trong lĩnh vực đóng gói". "Mọi người đang làm việc về chip AI ngày nay đều muốn nói rằng, ồ, đây là cách mà tôi có thể nâng cao khả năng của chip AI của mình".

Điều đó khiến một số nhà phân tích dự đoán vận may sẽ đến với các công ty trong lĩnh vực này. Theo McKinsey, chip hiệu suất cao dành cho trung tâm dữ liệu, bộ tăng tốc AI và thiết bị điện tử tiêu dùng sẽ tạo ra nhu cầu lớn nhất về công nghệ đóng gói tiên tiến.

Các nhà phân tích Mark Lipacis và Vedvati Shrotre của Jeffries đã viết trong một báo cáo ngày 14 tháng 9 rằng số lượng chip được vận chuyển sử dụng bao bì tiên tiến được dự báo sẽ tăng gấp 10 lần trong 18 tháng tới, nhưng con số đó có thể tăng lên 100 lần nếu nó trở thành tiêu chuẩn trong điện thoại thông minh. công nghệ này như một phần của "sự thay đổi kiến tạo" trong ngành.

Lý do được Raimondo ám chỉ là việc sản xuất chip đang đi ngược lại giới hạn của vật lý.

Chip đã trở nên tốt hơn trong 50 năm qua phần lớn là nhờ những tiến bộ trong công nghệ sản xuất. Các thành phần hiện chứa tới hàng chục tỷ bóng bán dẫn nhỏ giúp chúng có khả năng lưu trữ hoặc xử lý thông tin. 

Nhưng giờ đây, con đường tiến bộ đó, được gọi là Định luật Moore theo tên người sáng lập Intel, đang gặp phải những rào cản cơ bản khiến việc đạt được những cải tiến trở nên khó khăn hơn và cực kỳ tốn kém.

Định luật Moore, mang tính chất quan sát nhiều hơn, phát biểu rằng số lượng bóng bán dẫn trên một con chip sẽ tăng gấp đôi cứ sau hai năm. Khi tốc độ tiến bộ đó chậm lại và các công ty "không thể cung cấp gấp đôi số bóng bán dẫn, với chi phí chỉ bằng một nửa, tốc độ gấp đôi đồng hồ và ở mức năng lượng thấp hơn cứ sau hai năm, ngành công nghiệp đã bắt đầu phụ thuộc nhiều hơn vào bao bì tiên tiến". các kỹ thuật để giải quyết vấn đề", Lipacis và Shrotre viết.

Thay vì nhồi nhét nhiều thành phần nhỏ hơn vào một miếng silicon, nhiều nhà thiết kế và công ty đang quảng cáo lợi ích của phương pháp mô-đun, tạo ra các sản phẩm từ nhiều "chiplets" được đóng gói chặt chẽ với nhau trong cùng một gói.

Điều đó giải thích tại sao chuyên gia Hà Lan BE Semiconductor Industries NV , công ty sản xuất các công cụ dùng cho đóng gói chip, đã tăng gấp đôi giá trị của mình lên khoảng 9,8 tỷ USD trong 12 tháng qua, vượt gấp đôi so với Chỉ số Bán dẫn Philadelphia bất chấp sự sụt giảm của ngành công nghiệp chip trong nửa cuối năm nay.

Con số đó vẫn bị lấn át bởi số tiền liên quan đến sản xuất mặt trước – công ty đồng hương Hà Lan ASML NV, công ty gần như độc quyền về máy móc cần thiết để sản xuất chất bán dẫn tiên tiến, có vốn hóa thị trường lên tới gần 250 tỷ USD. Nhà máy chế tạo chip tiên tiến của Intel tại thành phố Magdeburg phía đông nước Đức có mức đầu tư 30 tỷ USD, gấp hơn bốn lần cam kết của họ với Malaysia.

Tuy nhiên, giữa Magdeburg, một địa điểm mới ở Ireland và nhà máy ở Ba Lan có công suất đóng gói tiên tiến, "Ba Lan thực sự có thể là quốc gia quan trọng nhất", Gelsinger nói.

Các công ty Trung Quốc cũng đang đổ xô vào lĩnh vực này. Theo các nhà nghiên cứu Jan-Peter Kleinhans và John Lee có trụ sở tại Berlin, họ bao gồm Semiconductor Manufacturing International Corp. – nhà sản xuất chip lớn nhất Trung Quốc, sản xuất chip 7 nanomet cung cấp năng lượng cho Mate 60 Pro – cùng với công ty dẫn đầu IP VeriSilicon và Huawei.

Kleinhans và Lee, thuộc tổ chức nghiên cứu Stiftung Neue Verantwortung và công ty tư vấn East West Futures, đã viết trong một báo cáo tháng 12 rằng các công ty này "nhìn thấy tiềm năng trong việc sử dụng các quy trình đóng gói tiên tiến để đạt được hiệu suất mà không cần dựa vào các quy trình đầu cuối tiên tiến của nước ngoài".

Bộ Thương mại Mỹ biện minh cho quyết định tập trung vào sản xuất front-end với lý do việc xử phạt các dịch vụ lắp ráp, thử nghiệm và đóng gói (APT) sẽ làm gián đoạn chuỗi cung ứng mà không làm giảm rủi ro an ninh quốc gia. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia của Thương mại cho biết vào tháng 9 rằng các dịch vụ APT của Trung Quốc "hiện đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếu trong chuỗi cung ứng toàn cầu" và "không thể dễ dàng thay thế".

Người phát ngôn Nhà Trắng Patterson cho biết: Chính quyền ông Biden đã "thực hiện các hành động cần thiết để ngăn chặn việc sử dụng các công nghệ tiên tiến của Mỹ liên quan đến chất bán dẫn theo cách làm suy yếu an ninh quốc gia của chúng ta và chúng tôi đang liên tục đánh giá xem liệu có cần thực hiện các hành động bổ sung để theo kịp sự phát triển công nghệ hay không".

Điều trớ trêu là việc thu hút những công ty như TSMC và Samsung Electronics Co. xây dựng các nhà máy chip tiên tiến ở Arizona và Texas không đảm bảo khả năng tự lực, vì tình trạng thiếu năng lực hiện tại có nghĩa là các tấm bán dẫn tiên tiến mà các nhà máy đó sản xuất sẽ cần phải được được vận chuyển đến châu Á để đóng gói – rất có thể là ở Đài Loan.

Đối với Jack Hergenrother, phó chủ tịch Bộ phận Phát triển Hệ thống Doanh nghiệp Toàn cầu của IBM, việc đóng gói tiên tiến tương đối bị "bỏ qua" về mặt tài trợ. Ông muốn tăng gấp đôi mức phân bổ để giúp thúc đẩy công suất đóng gói của Hoa Kỳ tăng lên 10-15% tổng công suất toàn cầu và lý tưởng nhất là đạt 25% trong một thập kỷ, để đảm bảo chuỗi cung ứng an toàn. "Có một trung tâm ở Bắc Mỹ về đóng gói tiên tiến là điều cực kỳ quan trọng", ông nói.

(Nguồn: Bloomberg)