Giấc mơ bán dẫn của Tổng thống Biden đối diện hiện thực khốc liệt

Muốn tái thiết chuỗi cung ứng bán dẫn tại Mỹ, chỉ tiền thôi là chưa đủ.

Để hiểu được thách thức mà Tổng thống Biden gặp phải trên con đường thực hiện tham vọng bán dẫn, đầu tiên, hãy nhìn vào con chip được một công ty Mỹ cung ứng cho mẫu xe điện IONIQ 5 mới của Hyundai.

Đây là cảm biến hình ảnh do ON Semiconductor thiết kế. Chip được sản xuất tại một nhà máy ở Italy, nơi các tấm wafer silicon thô được in chìm với bảng mạch phức tạp. Sau đó, wafer được gửi đến Đài Loan đóng gói và kiểm tra, rồi đến Singapore để lưu trữ trước khi tới Trung Quốc lắp vào camera, tiếp đó cập bến nhà cung ứng linh kiện cho Hyundai tại Hàn Quốc và cuối cùng đặt chân vào nhà máy sản xuất ô tô của Hyundai.

Thiếu cảm biến hình ảnh dẫn đến sự trì trệ của một nhà máy Hyundai Motor tại Hàn Quốc. Hyundai chỉ là một trong nhiều nạn nhân của khủng hoảng chuỗi cung ứng toàn cầu, bên cạnh General Motors, Ford Motors và Volkswagen.

Hành trình lắt léo của một cảm biến hình ảnh đơn giản cho thấy sự phức tạp của ngành công nghiệp chip khi vừa phải tăng công suất đáp ứng tình trạng khan hiếm hiện tại, vừa phải “hồi sinh” khâu sản xuất chip tại Mỹ.

Đầu tuần này, Tổng thống Mỹ Joe Biden tổ chức họp trực tuyến với các lãnh đạo bán dẫn tại Washington bàn về các giải pháp xử lý khủng hoảng chip. Ông đề xuất hỗ trợ 50 tỷ USD cho nghiên cứu, sản xuất bán dẫn, nằm trong gói hạ tầng 2 nghìn tỷ USD nhằm giúp Mỹ chiến thắng cuộc đua với Trung Quốc.

Phần lớn số tiền này dành để xây dựng những nhà máy chip hiện đại trị giá hàng tỷ USD của Intel, Samsung và TSMC. Song các quan chức cho rằng giải quyết vấn đề chuỗi cung ứng mới quan trọng. Chính quyền Biden sẽ đối mặt với lựa chọn khó khăn nên ưu tiên trợ giá thành phần nào trong chuỗi.

Trả lời Reuters, Phó Chủ tịch cấp cao David Somo của ON Semiconductor, cho rằng tái xây dựng một chuỗi cung ứng từ đầu tới cuối tại một địa điểm duy nhất không khả thi. Nó vô cùng đắt đỏ.

Hiện tại, Mỹ chiếm khoảng 12% năng lực sản xuất bán dẫn toàn cầu, giảm từ 37% năm 1990. Hơn 80% hoạt động đang diễn ra tại châu Á.

1.000 giai đoạn, 70 biên giới

Sản xuất một chip máy tính cần tới hơn 1.000 giai đoạn, vượt qua 70 biên giới khác nhau cùng sự tham gia của hàng loạt công ty chuyên biệt, hầu hết nằm tại châu Á và không được công chúng biết tới.

Quy trình bắt đầu từ tấm silicon thô có kích thước như chiếc đĩa. Tại các nhà máy chế tạo bán dẫn (fab), mạch được khắc vào silicon và in thiết kế lên wafer thông qua quy trình hóa học vô cùng phức tạp. Bước tiếp theo – đóng gói – là minh chứng hoàn hảo cho các thách thức trong chuỗi cung ứng.

Trên mỗi tấm wafer, có hàng trăm, thậm chí hàng ngàn con chip nhỏ bằng móng tay. Chúng phải được cắt nhỏ ra thành từng con chip riêng rồi đóng gói trong một bao bì. Nó đồng nghĩa với đặt một con chip vào một “khung dẫn” rồi dán vào bảng mạch. Sau đó, chúng lại được đóng vào hộp nhựa bảo vệ.

Quy trình này đòi hỏi rất nhiều lao động, vì vậy từ vài thập kỷ nay, các công ty chip hàng đầu thường gia công tại những nước như Đài Loan, Malaysia, Phillipnes và Trung Quốc.

Bản thân khâu đóng gói cũng có một chuỗi cung ứng riêng: Chẳng hạn, công ty Haesung DS của Hàn Quốc sản xuất linh kiện đóng gói cho chip tự động, xuất khẩu sang Malaysia hoặc Thái Lan cho các khách hàng như Infineon và NXP. Những công ty này sau đó tiến hành lắp ráp, đóng gói chip cho một số nhà cung ứng xe hơi như Bosch, Continental để hoàn thiện rồi gửi sản phẩm cuối cùng cho các hãng xe.

Dick Otte, CEO công ty đóng gói chip Promex, nói: “Nếu chính phủ thành công với khâu này, họ có thể giúp tái thiết ngành công nghiệp đóng gọi tại Mỹ. Nếu không, chỉ tốn thời gian”.

Dù vậy, quy trình đóng gói chip mới tốn ít nhân công hơn, khiến một số nhà sản xuất chip Mỹ tin rằng họ có thể đưa quy trình về lại quê nhà. Vào tháng 10/2020, công ty gia công chip SkyeWater Technology mua lại một nhà máy tại Florida với dự định xây dựng dây chuyền đóng gói hiện đại.

Xoay vòng nhanh hơn

Theo Giáo sư Kỹ thuật máy tính và điện Toy Levi đến từ Đại học Nam California, tái thiết ngành công nghiệp đóng gói Mỹ không chỉ bảo vệ các công ty chip và khách hàng trước rủi ro chính trị, nó còn giúp họ thoát khỏi chu kỳ phát triển chip mới kéo dài.

Khi làm nhiều việc hơn trong nước, nhà sản xuất chip Mỹ có thể tạo ra các dòng chip nhỏ hơn nhanh hơn, tăng tốc sáng tạo và đáp ứng nhanh hơn với nhu cầu.

Giáo sư Levi nhận định các khu vực Arizona, Texas và New York – nơi Intel, TSMC, Samsung và GlobalFoundries đang đặt nhà máy – phù hợp với một số khâu trong chuỗi cung ứng như đóng gói. Thứ mà người Mỹ làm tốt chính là hợp tác chặt chẽ giữa tự thiết kế hệ thống, thiết kế chip và sản xuất.

Dù vậy, còn phải xem chính quyền Tổng thống Biden sẽ cân bằng nhu cầu của nhiều “tiểu khu” trong ngành công nghiệp chip bằng cách nào. Vô số doanh nghiệp, chủ yếu ở nước ngoài, đang cung cấp nguyên vật liệu bán dẫn quan trọng, bao gồm wafer, gas. Mỹ chế tạo hầu hết công cụ tinh vi sản xuất chip hiện đại nhưng quy trình đòi hỏi nhiều bước khác nhau.

Trên hết, một số người trong ngành cho rằng Mỹ cần hỗ trợ cả công nghệ cũ bên cạnh công nghệ mới nhất. Đó là các con chip đang lâm vào cảnh thiếu hụt trầm trọng hiện nay, theo Tyson Tuttle, CEO nhà thiết kế silicon Silicon Labs. Ông cho rằng có sự chênh lệch về vốn trong thị trường bán dẫn, khi quá nhiều tiền đổ về công nghệ tối tân.

E. Jan Vardaman, Chủ tịch hãng nghiên cứu TechSearch International, chia sẻ ngành công nghiệp đóng gói chip đang chịu áp lực giá lớn, dẫn tới biên lợi nhuận nhỏ hơn nhà máy chip hay công ty thiết kế chip. Do đó, từ góc độ tài chính và kinh tế, họ không muốn đầu tư lớn.

“Chỉ ném tiền thôi không giải quyết được vấn đề. Nó phức tạp hơn nhiều”, ông kết luận.