Các công ty bán dẫn hàng đầu thế giới đều đang chạy đua để tạo ra những thiết bị chip tiên tiến, có khả năng cung cấp năng lượng cho thế hệ điện thoại thông minh, trung tâm dữ liệu và trí tuệ nhân tạo tiếp theo.
Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) hiện vẫn là doanh nghiệp duy trì vị thế thống trị trong lĩnh vực bán dẫn toàn cầu, nhưng Samsung Electronics và Intel đang từng bước nỗ lực để thu hẹp khoảng cách thông qua tham vọng sản xuất siêu chip thế hệ mới.
SIÊU CHIP THẾ HỆ MỚI
Trong nhiều thập kỷ, các nhà sản xuất chip luôn nỗ lực tìm cách để tạo ra những sản phẩm nhỏ gọn nhất có thể. Bởi, các linh kiện (transistor) bán dẫn trên chip càng nhỏ thì mức tiêu thụ năng lượng càng thấp và tốc độ của chúng càng cao.
Ngày nay, các thuật ngữ như “2 nanomet” và “3 nanomet” được sử dụng rộng rãi như cách gọi tắt cho thế hệ chip mới, thay vì kích thước vật lý thực tế của chất bán dẫn.
Gần đây, “ông trùm” bán dẫn TSMC trình bày kết quả thử nghiệm quy trình cho các nguyên mẫu “N2” - hay 2 nanomet - cho một số khách hàng lớn nhất của mình, điển hình là Apple và Nvidia. TSMC dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất chip 3nm trong năm nay và 2nm vào năm 2025. Công ty vẫn chưa công bố kế hoạch cho chip 1,4nm.
Không để chậm chân, Samsung ngay lập tức đưa ra lộ trình kế hoạch sản xuất nguyên mẫu 2 nanomet (SF2) vào năm 2025 và 1,4 nanomet vào 2027 nhằm nỗ lực thu hút sự quan tâm của những tên tuổi hàng đầu bao gồm cả Nvidia.
Theo hai người quen thuộc với tình hình, nhà thiết kế chip Qualcomm của Mỹ hứa hẹn sẽ sử dụng chip “SF2” của Samsung trong bộ vi xử lý cho điện thoại thông minh cao cấp thế hệ tiếp theo. Điều này sẽ đánh dấu màn “quay xe” thứ hai của Qualcomm sau khi công ty chuyển phần lớn chip di động hàng đầu của mình từ quy trình 4 nanomet Samsung sang quy trình của TSMC.
Bất kỳ công ty nào bứt phá lên vị trí dẫn đầu về công nghệ trong thế hệ chất bán dẫn tiên tiến tiếp theo sẽ có đủ khả năng để thống trị một ngành công nghiệp đã thu về hơn 500 tỷ USD doanh thu toàn cầu vào năm 2022. Con số này dự kiến sẽ còn lớn hơn nữa do nhu cầu về chip trung tâm dữ liệu cung cấp năng lượng cho các dịch vụ AI ngày càng tăng cao.
Nhà phân tích SK Kim của Daiwa Capital Markets tin rằng đây là lần đầu tiên Samsung Electronics đưa ra hướng dẫn lộ trình sản xuất dài hạn của mình một cách quyết liệt như vậy.
James Lim, nhà phân tích tại quỹ phòng hộ Dalton Investments phân tích: “Samsung coi 2 nanomet là công cụ thay đổi cuộc chơi. Nhưng nhiều chuyên gia vẫn tỏ ra nghi ngờ về khả năng nó có thể vượt trội hơn TSMC”.
Ngay cả Intel cũng nhanh chóng đưa ra những tuyên bố táo bạo về việc sản xuất siêu chip thế hệ mới vào cuối năm 2024. Nếu thành hiện thực, công ty nắm chắc khả năng vượt lên trên các đối thủ châu Á, bất chấp những nghi ngờ về hiệu suất thực sự của sản phẩm.
Trong nửa đầu năm 2024, Intel dự kiến tập trung vào chip A20 (tương đương 2nm của Samsung Foundry và TSMC). Sau đó, công ty sẽ bắt tay vào dòng chip Intel 18A (1,8nm). Trong hội nghị Deutsche Bank vào đầu tháng 11, giám đốc điều hành Intel Pat Gelsinger nhắc lại mục tiêu và nói rằng đã có đối tác đặt cọc trước một số tiền lớn cho 18A: “Chúng tôi đã thực hiện chuyển đổi được 2 năm rưỡi. Giờ đây, mọi việc diễn ra đúng như cách mà tôi mong đợi”.
Intel muốn vượt trước Samsung Foundry và TSMC bằng chip bán dẫn 1,8nm.
Về phía mình, TSMC hé lộ rằng việc sản xuất hàng loạt chip "N2" sẽ bắt đầu vào năm 2025, thường ra mắt phiên bản di động trước với Apple là khách hàng chính. Phiên bản dành cho PC và sau đó là các chip điện toán hiệu suất cao được thiết kế để tải điện năng cao hơn sẽ ra mắt sau. Điện thoại thông minh hàng đầu mới nhất của Apple, iPhone 15 Pro và Pro Max, là những thiết bị tiêu dùng đại chúng đầu tiên triển khai công nghệ chip 3 nanomet mới của TSMC khi chúng được giới thiệu vào tháng 9 năm nay.
Chia sẻ riêng với Financial Times, TSM khẳng định rằng quá trình phát triển công nghệ N2 của họ đang tiến triển tốt và đi đúng hướng để sản xuất số lượng lớn vào năm 2025, đồng thời sẽ là công nghệ bán dẫn tiên tiến nhất trong ngành cả về mật độ và hiệu quả năng lượng khi nó được giới thiệu.
CẠNH TRANH GAY GẮT
Như công ty tư vấn TrendForce chỉ ra, Samsung hiện chỉ chiếm 25% thị phần chip tiên tiến toàn cầu, thấp hơn hẳn so với 66% của TSMC. Nhưng “gã khổng lồ” Hàn Quốc đang nhìn thấy cơ hội để bứt phá.
Tập đoàn đã đi đầu trong việc sản xuất hàng loạt chip 3nm hay còn gọi là “SF3” vào năm ngoái và là doanh nghiệp đầu tiên chuyển sang kiến trúc node bán dẫn mới được gọi là “Gate-All-Around” (GAA).
“Chúng tôi được trang bị tốt để chuẩn bị sản xuất hàng loạt SF2 vào năm 2025. Vì là nơi đầu tiên thực hiện bước nhảy vọt và chuyển đổi sang kiến trúc GAA nên Samsung hy vọng quá trình từ SF3 sang SF2 sẽ tương đối liền mạch và nhanh chóng”, một phát ngôn viên của Samsung chia sẻ.
Mặc dù là công ty đầu tiên đưa chip 3 nm ra thị trường, nhưng Samsung vẫn chật vật với vấn đề “tỷ lệ lợi suất” – tỷ lệ chip đạt đủ tiêu chuẩn để giao cho khách hàng, các nhà phân tích cảnh báo.
Tập đoàn Hàn Quốc từng khẳng định, tốc độ sản xuất 3 nanomet của họ đã được cải thiện. Nhưng theo hai người thân cận với Samsung, tỷ lệ lợi suất chip 3 nanomet đơn giản nhất của họ mới dừng ở mức 60%, thấp hơn nhiều so với mong đợi của khách hàng và có khả năng tụt giảm hơn nữa khi chuyển sang sản xuất các loại chip phức tạp hơn để đáp ứng bộ xử lý đồ họa A17 Pro của Apple hoặc Nvidia.
Dylan Patel, nhà phân tích trưởng của công ty nghiên cứu SemiAnalysis đánh giá: “Samsung cố gắng thực hiện những bước nhảy vọt. Họ có thể tuyên bố bất cứ điều gì họ muốn, nhưng đến nay tập đoàn vẫn chưa phát hành được con chip 3 nanomet thích hợp nào”.
Lee Jong-hwan, giáo sư kỹ thuật bán dẫn hệ thống tại Đại học Sangmyung ở Seoul chỉ ra, Samsung cũng phải đối mặt với thực tế rằng bộ phận thiết kế chip và điện thoại thông minh của họ là đối thủ cạnh tranh gay gắt của các khách hàng tiềm năng cho bộ phận bán dẫn của tập đoàn.
“Nhiều khách hàng lo ngại rằng cấu trúc của Tập đoàn Samsung dễ gây ra nguy cơ rò rỉ công nghệ hoặc thiết kế”, giáo sư Lee nhấn mạnh.
Trong khi đó ở phương Tây, Intel đang manh nha quảng bá cho node “18A” thế hệ tiếp theo tại các hội nghị công nghệ, đồng thời cung cấp sản phẩm thử nghiệm miễn phí cho các công ty thiết kế chip. Doanh nghiệp Mỹ cho biết họ sẽ bắt đầu sản xuất 18A vào cuối năm 2024, có khả năng trở thành nhà sản xuất chip đầu tiên chuyển hẳn sang thế hệ tiếp theo.
Trước tin tức này, CC Wei, giám đốc điều hành của TSMC, không hề để lộ sự bối rối. Vào tháng 10/2023, ông Wei tiết lộ rằng theo đánh giá nội bộ của công ty, biến thể 3 nanomet mới nhất của họ, hiện đã có mặt trên thị trường, sánh ngang với 18A cả về sức mạnh, hiệu suất và mật độ.
Trên thực tế, cả Samsung và Intel đều hy vọng sẽ được hưởng lợi từ những khách hàng tiềm năng đang tìm cách giảm bớt sự phụ thuộc vào TSMC, dù vì lý do thương mại hay địa chính trị. Vào tháng 7/2023, giám đốc điều hành của nhà sản xuất chip AMD xem xét các khả năng sản xuất khác ngoài những gì TSMC cung cấp, vì họ theo đuổi tính linh hoạt cao hơn.
Leslie Wu, giám đốc điều hành của công ty tư vấn RHCC cho biết, những khách hàng lớn yêu cầu công nghệ ở cấp độ 2 nanomet đang tìm cách mở rộng hoạt động sản xuất chip của họ trên nhiều xưởng đúc. “Thật quá mạo hiểm nếu chỉ dựa vào TSMC”, ông Wu lưu ý.
Ngay cả Nvidia cũng từng nói “bóng gió” rằng họ đang tìm một đối tác sản xuất thứ 3 bên ngoài Samsung và TSMC. Có nhiều lời đồn đoán rằng đơn vị được nói đến ở đây là Intel.
Nhưng Mark Li, nhà phân tích bán dẫn châu Á tại Bernstein, đã đặt câu hỏi rằng: “Liệu yếu tố địa chính trị sẽ được đặt ở đâu so với các khía cạnh khác như hiệu quả và tiến độ? Bởi thực tế cho thấy TSMC vẫn vượt trội về chi phí, hiệu quả và sự tin cậy”.
