Công nghệ đóng gói, mặt trận mới trong cuộc chiến chip Mỹ-Trung
Ngọc Huyền
(KTSG Online) – Sau khi siết chắt các hạn chế xuất khẩu công nghệ chip cao cấp sang Trung Quốc, chính quyền Tổng thống Mỹ Joe Biden chuẩn bị mở mặt trận khác trong cuộc cạnh tranh chip với Bắc Kinh bằng cách chuyển trọng tâm sang một lĩnh vực mới nổi: đóng gói chip.
Công nghệ đóng gói chip tiên tiến ngày càng trở nên quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn. Ảnh: heraeus.com
Mỹ chi 3 tỉ đô la khuyến khích đóng gói chip trong nước
Trung Quốc đang tăng tốc chiếm thị phần toàn cầu và đạt các tiến bộ trong lĩnh vực đóng gói chip tiên tiến, vốn chưa bị Mỹ trừng phạt. Đóng gói đề cập đến quá trình gói các chip riêng lẻ để sử dụng trong các sản phẩm thương mại như điện thoại thông minh và ô tô, cũng như các ứng dụng quân sự bao gồm cả tên lửa hạt nhân.
“Đóng gói là trụ cột đổi mới mới trong ngành bán dẫn, hứa hẹn sẽ thay đổi ngành này một cách mạnh mẽ”, Jim McGregor, người sáng lập Công ty phân tích công nghệ Tirias Research, bình luận.
Theo McGregor, Trung Quốc chưa đạt được các năng lực tiên tiến trong quy trình đóng gói chip. Nhưng ông cho rằng Bắc Kinh chắc chắn sẽ dễ dàng phát triển lĩnh vực này hơn vì Mỹ chưa áp đặt các hạn chế xuất khẩu công nghệ liên quan.
“Tiến bộ về đóng gói chip có thể giúp Trung Quốc thu hẹp khoảng cách công nghệ chip”, ông nói thêm.
Cho đến gần đây, mảng kinh doanh đóng gói bán dẫn, tức bao bọc các con chip trong vật liệu vừa giúp bảo vệ chúng, vừa giúp kết nối chúng với thiết bị điện tử mà chúng là một phần trong đó, chỉ được xem là hoạt động kém ưu tiên hơn. Vì vậy, quy trình đóng gọi chip được gia công, chủ yếu ở châu Á, trong đó Trung Quốc là nước hưởng lợi chính. Hiện nay, Mỹ chỉ chiếm 3% công suất đóng gói chip của thế giới.
Tuy nhiên, gần đây, công nghệ đóng gói chip tiên tiến bỗng nhiên được chú trọng. Intel đang coi đó là một phần cốt lõi trong chiến lược phục hồi khả năng cạnh tranh. Trung Quốc xem đây là cách để xây dựng năng lực bán dẫn trong nước. Và bây giờ, Washington xem công nghệ đóng gói chip như một phần trong chiến lược tự cung tự cấp chip.
Hôm 20-11, hơn một năm sau khi ban hành Đạo luật Khoa học và CHIPS, chính quyền Tổng thống Joe Biden công bố kế hoạch tài trợ trị giá 3 tỉ đô la nhằm khuyến khích ngành công nghiệp đóng gói chip ở trong nước, có tên gọi chính thức là Chương trình sản xuất đóng gói tiên tiến quốc gia.
Hãng tin Bloomberg dẫn lời Thứ trưởng Bộ Thương mại Mỹ Laurie Locascio cho biết, mục tiêu của chương trình là xây dựng nhiều cơ sở đóng gói chip khối lượng lớn ở Mỹ cuối thập niên này, và giảm sự phụ thuộc vào các tuyến cung ứng ở châu Á, có thể gây ra rủi ro an ninh mà Mỹ “không thể chấp nhận”.
Nguồn vốn cho chương trình nói trên đến từ khoản trợ cấp 11 tỉ đô la dành cho nghiên cứu và phát triển chip trong Đạo luật Khoa học và CHIPS.
Định hình lại bức tranh sản xuất bán dẫn toàn cầu
Lắp ráp, kiểm định và đóng gói, thường được coi là sản xuất “đầu sau” (back-end), 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 “đầu trước” (front-end), tức sản xuất chip với các tính năng được đo lường bằng phần tỉ mét (nanometer). Tuy nhiên, mức độ phức tạp trong sản xuất chip tăng lên nhanh chóng khi các công nghệ mới cho phép các con chip được kết hợp, xếp chồng lên nhau, giúp nâng cao hiệu suất của chúng.
Công nghệ đóng gói tiên tiến không thể giúp Trung Quốc cạnh tranh với các công nghệ chip cao cấp của Mỹ, nhưng cho phép Bắc Kinh xây dựng các hệ thống điện toán nhanh hơn, rẻ hơn bằng cách kết hợp các con chip khác nhau. Trong kịch bản đó, Trung Quốc có thể để dành công nghệ chip mới nhất, vốn đắt tiền và có số lượng hạn chế, cho những tính năng quan trọng nhất, và sử dụng các công nghệ chip cũ hơn, rẻ hơn để sản xuất chip thực hiện các chức năng khác như quản lý pin và điều khiển cảm biến. Trung Quốc có thể kết hợp toàn bộ con chip rẻ này trong một gói để tăng hiệu suất.
Nhà phân tích công nghệ Charles Shum của Bloomberg Intelligence cho biết, điều này không chỉ đơn thuần là nâng cao tốc độ xử lý của chip, mà quan trọng hơn, cho phép tích hợp liền mạch các loại chip khác nhau. Ông cho rằng công nghệ đóng gói có thể định hình lại bức tranh của ngành sản xuất bán dẫn.
Bắc Kinh từ lâu đã ưu tiên công nghệ đóng gói bán dẫn. Theo Hiệp hội ngành công nghiệp bán dẫn Mỹ, Trung Quốc hiện chiếm 38% thị trường lắp ráp, kiểm định và đóng gói chip của thế giới, cao hơn so với bất kỳ nước nào.
Trung Quốc đã xây dựng cơ sở vật chất phụ trợ hùng hậu cho ngành bán dẫn, bao gồm JCET Group, công ty kiểm định và lắp ráp chip lớn thứ ba thế giới, chỉ xếp sau ASE Group của Đài Loan và Amkor Technology của Mỹ về doanh thu. Hơn nữa, các công ty Trung Quốc đang mở rộng thị phần, bao gồm việc JCET mua lại cơ sở đóng gói chip tiên tiến ở Singapore và xây dựng một nhà máy đóng gói tiên tiến ở Giang Âm, tỉnh Giang Tô.
“Đối với Trung Quốc, cách để giải quyết các hạn chế chuyển giao công nghệ của Mỹ là đóng gói tiên tiến, vì cho đến nay, đây là không gian an toàn mà mọi người đều đầu tư vào”, Mathieu Duchatel, chuyên nghiên cứu về địa chính trị công nghệ của Viện Montaigne (Pháp), nhận định.
Không thể tự chủ chip nếu thiếu năng lực đóng gói
Sự thiếu hụt năng lực về công nghệ đóng gói có tên gọi Chip on Wafer on Substrate (CoWoS), do TSMC của Đài Loan phát triển, là một nút thắt chính trong quá trình sản xuất chip trí tuệ nhân tạo (AI) cho hãng Nvidia của Mỹ.
Mùa hè vừa qua, TSMC, nhà sản xuất gia công chip cho Nvidia (Mỹ), cam kết đầu tư 3 tỉ đô la một nhà máy đóng gói để giúp giảm bớt tình trạng tắc nghẽn. CEO C.C. Wei của TSMC cho biết công ty ông có kế hoạch tăng gấp đôi công suất đóng gói CoWoS vào cuối năm tới.
Hãng chip nhớ Micron của Mỹ cũng lên kế hoạch xây dựng một cơ sở lắp ráp, kiểm định và đóng gói chip trị giá 2,75 tỉ đô la ở Ấn Độ. Trong khi đó, Intel đồng ý đầu tư 4,6 tỉ đô la để xây dựng một nhà máy lắp ráp, kiểm định và đóng gói chip ở Ba Lan và đầu tư khoảng 7 tỉ đô la vào hoạt động đóng gói tiên tiến ở Malaysia. Năm ngoái, hãng chip SK Hynix của Hàn Quốc thông báo kế hoạch đầu tư 15 tỉ đô la vào một cơ sở đóng gói chip ở Mỹ.
Các nhà phân tích của ngân hàng Jeffries dự báo, số lượng chip sử dụng bao bì tiên tiến sẽ tăng gấp 10 lần trong 18 tháng tới. Con số đó có thể tăng lên 100 lần nếu quy trình đóng gói chip tiên tiến trở thành tiêu chuẩn trong lĩnh vực điện thoại thông minh.
Những tiến bộ trong sản xuất chip đang chậm lại vì vấp phải các giới hạn vật lý. Các con chip cao cấp chứa tới hàng chục tỉ bóng bán dẫn nhỏ, giúp chúng có khả năng lưu trữ hoặc xử lý thông tin. Nhưng giờ đây khi nỗ lực tăng lượng bóng bán dẫn trên mỗi con chip trở nên khó khăn hơn và tốn kém hơn, ngành bán dẫn phụ thuộc nhiều hơn vào các kỹ thuật đóng gói tiên tiến để giải quyết vấn đề.
Thay vì nhồi nhét nhiều thành phần nhỏ hơn vào một miếng silicon, các công ty bán dẫn đang tập trung vào lợi ích của phương pháp mô-đun, tức tạo ra sản phẩm chip lớn từ nhiều “chiplets” (chip nhỏ), được đóng gói chặt chẽ với nhau trong cùng một gói.
Điều đó giải thích tại sao BE Semiconductor Industries, công ty sản xuất các công cụ dùng cho đóng gói chip của Hà Lan. chứng kiến trị giá vốn hóa tăng gấp đôi, lên khoảng 9,8 tỉ đô la.
Hồi tháng 9, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia thuộc Bộ Thương mại Mỹ cho biết các dịch vụ kiểm định và đóng gói chip của Trung Quốc “hiện đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong chuỗi cung ứng chip toàn cầu” và “không thể dễ dàng thay thế”.
Nỗ lực thu hút những công ty như TSMC và Samsung đến xây dựng các nhà máy chip tiên tiến ở Arizona và Texas không đảm bảo năng lực tự chủ chip của Mỹ. Lý do là các tấm bán dẫn tiên tiến mà các nhà máy đó sản xuất sẽ cần phải được được vận chuyển đến châu Á, rất có thể là ở Đài Loan, để đóng gói.
Jack Hergenrother, Phó chủ tịch bộ phận phát triển hệ thống doanh nghiệp toàn cầu của hãng công nghệ IBM, cho biết nguồn vốn tài trợ cho hoạt động đóng gói chip tiên tiến ở Mỹ ít được chú trọng.
Ông muốn chính phủ Mỹ tăng gấp đôi mức phân bổ vốn tài trợ để thúc đẩy công suất đóng gói chip của Mỹ lên 10-15% tổng công suất toàn cầu và lý tưởng nhất là 25% trong vòng 10 năm tới, để đảm bảo chuỗi cung ứng an toàn.
Theo Bloomberg
