Nút thắt mới của cuộc đua AI
29/06/26
 |
| Tấm silicon phản chiếu hình ảnh của Subramanian Iyer, chuyên gia tại Đại học California, Los Angeles, trong công nghệ có tên đóng gói chip tiên tiến. |
Subramanian Iyer, kỹ sư điện và nhà giáo dục 72 tuổi, đã dành nhiều thập niên cho một góc khá lặng lẽ của ngành bán dẫn. Giờ đây, ‘góc lặng lẽ” ấy trở thành nút thắt lớn trong cuộc đua giành vị thế dẫn đầu về trí tuệ nhân tạo.
Công nghệ đó là đóng gói chip tiên tiến. Thay vì chỉ dựa vào việc thu nhỏ bóng bán dẫn để nhồi thêm sức mạnh vào từng con chip – cách làm truyền thống ngày càng giảm hiệu quả, Nvidia và các hãng bán dẫn lớn phải ghép nhiều thành phần vào các module nhỏ cỡ lòng bàn tay. Có module chứa tới hàng chục linh kiện. Nhờ vậy, chip có thể xử lý các tác vụ AI phức tạp hơn.
Iyer, cựu chuyên gia công nghệ của IBM và hiện là giáo sư tại Đại học California, Los Angeles, từng góp phần thúc đẩy nhiều tiến bộ trong lĩnh vực này. Nhưng ông và nhiều lãnh đạo ngành chip lo ngại vì Mỹ để mất lợi thế đóng gói chip vào tay chính công ty thống trị sản xuất chip tiên tiến: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC).
TSMC không chỉ sản xuất chip tối tân cho Nvidia và các công ty AI hàng đầu, mà còn đóng gói gần như toàn bộ số chip ấy. Các nhà cung ứng và đối tác chủ chốt của TSMC cũng tập trung ở Đài Loan, nơi đối diện cùng rủi ro địa chính trị từ Trung Quốc, lý do từng khiến giới hoạch định chính sách Mỹ rót hàng tỷ USD khôi phục sản xuất chip trong nước.
Phụ thuộc Đài Loan hơn bao giờ hết
Nút thắt đóng gói trở thành chủ đề nóng ở Thung lũng Silicon khi TSMC chật vật đáp ứng nhu cầu. Iyer từng cố góp phần tháo gỡ bằng kế hoạch xây dựng trung tâm nghiên cứu và phát triển đóng gói chip tại Arizona, được chính quyền Biden cấp 1,1 tỷ USD. Nhưng năm ngoái, chính quyền Trump về cơ bản đã khai tử nỗ lực này.
Iyer nói: “Cuối cùng họ đã vứt bỏ cả đứa bé cùng chậu nước tắm. Chúng ta rơi vào tình thế còn phụ thuộc TSMC hơn.”
Nút thắt này cho thấy sự phụ thuộc của Mỹ vào Đài Loan chưa hề giảm, dù cả chính quyền Biden và Trump đều tìm cách xử lý. Năm 2022, theo Đạo luật CHIPS and Science, chính quyền Biden phân bổ hơn 50 tỷ USD khởi động lại sản xuất chip trong nước. Tổng thống Trump, phản đối trợ cấp trực tiếp cho các hãng chip, lại thúc đẩy các thỏa thuận có cổ phần với công ty Mỹ và đe dọa áp thuế với doanh nghiệp nước ngoài nhằm đạt mục tiêu tương tự.
Patrick Gelsinger, cựu CEO Intel và từng vận động cho Đạo luật CHIPS, nói: Sau sản xuất chip, “đóng gói là quan trọng nhất, và chuỗi cung ứng đóng gói của nước Mỹ có thể còn mong manh hơn.”
Một quan chức chính quyền Trump bác bỏ ý kiến nhận định đóng gói không được ưu tiên. Theo người này, chín dự án sản xuất đóng gói nhận tài trợ từ Đạo luật CHIPS, và Bộ Thương mại đang đánh giá một số dự án nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực này.
Từ phụ trợ thành công nghệ chiến lược
Trong nhiều năm, đóng gói chip bị xem như phần việc hậu trường. Các hãng chip Mỹ thường thuê ngoài ở những nước châu Á có nhân công rẻ. Theo Global Electronics Association, thị phần đóng gói chip của Mỹ hiện chỉ khoảng 3%.
Nhưng chip không thể hoạt động nếu thiếu đóng gói. Quy trình lắp ráp này thường bọc các miếng silicon trần trong lớp nhựa bảo vệ, kèm các đầu nối để truyền tín hiệu tới những chip khác trên bo mạch. Ngày nay, chip thường được đặt lên lớp trung gian gọi là substrate, thường làm từ nhựa, sợi thủy tinh và dây đồng nhúng bên trong.
Iyer từng thúc đẩy bước tiến quan trọng tại IBM: một trong những interposer đầu tiên, lớp silicon giữ nhiều chip cạnh nhau và truyền tín hiệu giữa chúng với tốc độ cao hơn. Với các gói chip lớn bộ xử lý AI cần, TSMC và Intel nhúng các mảnh silicon nhỏ vào substrate làm cầu nối truyền thông giữa các chip.
Mark Gardner, phó chủ tịch Intel phụ trách đóng gói và kiểm thử, nói: “Không thể tạo ra chip nếu thiếu đóng gói tiên tiến, thế giới AI sẽ rất khác nếu không có công nghệ này.”
TSMC hiện cung cấp công nghệ đóng gói tiên tiến chip on wafer on substrate (CoWoS) . Bộ xử lý Rubin mới của Nvidia, chẳng hạn, dùng CoWoS để ghép hai chip AI lớn với tám chồng bộ nhớ tốc độ cao, mỗi chồng gồm 12 chip, đạt tổng cộng 336 tỷ bóng bán dẫn trong một gói. Đến năm 2029, TSMC dự báo số bóng bán dẫn tính toán trong mỗi gói sẽ tăng 48 lần so với năm 2024.
Cơn khát CoWoS và bài toán chi phí
Trước năm 2028 hoặc 2029, dù nhận tài trợ từ Đạo luật CHIPS để xây các nhà máy chip lớn ở Arizona, TSMC không có kế hoạch dùng CoWoS tại bang này, đồng nghĩa các chip sản xuất tại Arizona hiện vẫn phải gửi sang Đài Loan đóng gói.
Trong khi đó, TSMC thiếu năng lực vì đơn hàng AI tăng mạnh. Handel Jones, nhà phân tích tại International Business Strategies, ước tính sản lượng CoWoS của TSMC đang thấp hơn nhu cầu khoảng 30%, trong khi công ty chiếm khoảng 95% thị trường đóng gói tiên tiến. Kevin Zhang, phó chủ tịch cấp cao của TSMC, cho biết: “Tất cả những gì tôi thấy là nhu cầu tiếp tục tăng. Chắc chắn có rất nhiều hạn chế.”
Đồng thời, chi phí cũng không nhỏ. Theo Jan Vardaman, chủ tịch TechSearch International, một gói chip tiên tiến có thể tốn 500 USD, trong khi các gói đơn giản hơn chỉ khoảng 40 USD. Vì vậy, nhiều startup chip cố tình tránh thiết kế phụ thuộc vào CoWoS, vốn phải mất nhiều tháng thiết kế interposer cần thiết.
Sha Rabii, đồng sáng lập kiêm chủ tịch Majestic Labs, cho biết muốn tránh sử dụng CoWoS, và cố gắng thiết kế bộ xử lý AI có thể dùng công nghệ đóng gói đơn giản hơn và chip nhớ rẻ hơn, giúp loại bỏ thách thức chuỗi cung ứng.
Mỹ tìm cách bắt kịp
Một số công ty Mỹ cố lấp khoảng trống. Intel, vốn có truyền thống mạnh về đóng gói, đã có thêm khách hàng và vừa tuyển lãnh đạo mới phụ trách đóng gói tiên tiến. Applied Materials, nhà sản xuất thiết bị chế tạo chip lớn nhất, đang xây cơ sở nghiên cứu 5 tỷ USD tại Thung lũng Silicon cùng các đối tác, trong đó đóng gói là hướng quan trọng.
Amkor Technology, chuyên gia đóng gói chip, đang xây nhà máy đầu tiên tại Mỹ ở Arizona và dự kiến đảm nhận một phần công việc đóng gói cho TSMC theo thỏa thuận 10 năm. Amkor được chính quyền Biden cấp 407 triệu USD, sau đó nâng mức đầu tư tiềm năng tại cơ sở này lên 7 tỷ USD nhờ các cuộc trao đổi với chính quyền Trump và tín hiệu đặt hàng từ Nvidia, Apple.
Kevin Engel, CEO Amkor, nhận xét: Khách hàng đang thể hiện “nhu cầu rất mạnh” trong việc xây dựng hệ sinh thái Mỹ.
Về dài hạn, Iyer và các lãnh đạo ngành nhận định cần những ý tưởng đóng gói mới. Syenta, startup Australia, đề xuất dùng kỹ thuật điện hóa tạo các gói chip cực lớn với ít bước sản xuất hơn và băng thông truyền thông có thể tăng tới 20 lần.
Trong cuộc đua AI, chip tiên tiến không còn chỉ là câu chuyện sản xuất được silicon nhỏ hơn. Câu hỏi ngày càng quan trọng là ai có thể ghép, nối và đóng gói chip thành những cỗ máy tính mạnh nhất. Và hiện tại, điểm nghẽn ấy vẫn nằm chủ yếu ở Đài Loan.
shared via nytimes,
