Công ty Nhật tự tin bắt kịp TSMC

GRapidus, một công ty Nhật ít tên tuổi, đang đặt mục tiêu sản xuất hàng loạt chip 2nm, muộn hơn khoảng 2 năm so với các đại gia Samsung, TSMC và Intel. Trước sự hoài nghi của nhiều người trong ngành, hai nhà sáng lập Rapidus tin chìa khóa của vấn đề nằm ở việc tập trung tạo ra bước đột phá về công nghệ trên tiến trình mới – giống như cách mà TSMC vẫn hay làm. Ngoài ra, Rapidus chắc chắn sẽ nhận được sự hậu thuẫn mạnh mẽ, bao gồm cả tài chính, từ chính phủ Nhật.

Năm 2021, Nhật Bản tuyên bố chiến lược khởi động lại ngành công nghiệp bán dẫn nội địa – đã từng một thời thống trị thế giới¹ – là ưu tiên hàng đầu. Mặc dù sở hữu nhiều nhà máy sản xuất chip hơn bất cứ quốc gia nào khác, nhưng Nhật vài năm gần đây đã tụt lại phía sau trong cuộc đua tiến trình hiện đại. Thị phần (doanh số bán dẫn) toàn cầu của nước này đã sụt giảm từ 50% (năm 1988) xuống chỉ còn gần 9% (năm 2022). Trong khi đó, Đài Loan lại vươn lên để trở thành tay chơi dẫn đầu thế giới, chủ yếu nhờ vào những nỗ lực của TSMC. Đài Loan hiện chiếm hơn một nửa tổng sản lượng bán dẫn toàn cầu, và riêng các chip được sản xuất trên tiến trình dưới 5nm là hơn 90%. Hàn Quốc nắm thị phần nhỏ hơn nhưng lại thống trị lĩnh vực chip nhớ, nhờ có Samsung và SK Hynix.

Nhà sáng lập Rapidus, ông Tetsuro Higashi – cựu chủ tịch Tokyo Electron² – tin rằng công ty ông có khả năng bắt kịp TSMC và Samsung chỉ sau 4 năm. Mặc dù đã 73 tuổi nhưng ông Higashi đang rất quyết tâm nhằm giúp Nhật Bản lấy lại vị thế vốn có của mình trong ngành công nghiệp bán dẫn. Vì vậy, ông đã cùng ông Atsuyoshi Koike (cựu chủ tịch Western Digital chi nhánh Nhật Bản) thành lập Rapidus vào tháng 8/2022, với mục tiêu hoàn thành node xử lý trên tiến trình 2nm đầu tiên vào cuối năm 2025. Đến tháng 12 cùng năm, công ty cho biết đã đạt được thỏa thuận hợp tác R&D với IBM. Đây là một động thái đầy nghiêm túc bởi gã khổng lồ công nghệ Hoa Kỳ hiện đang sở hữu rất nhiều IP³ (bản quyền) trong lĩnh vực bán dẫn, và là công ty đầu tiên trên thế giới ra mắt một thiết kế chip 2nm vào năm 2021. Ngoài ra, Rapidus còn nhận được sự hậu thuẫn của nhiều đại gia công nghệ và tài chính Nhật Bản như Kioxia (trước đây là Toshiba Memory Corp.), Sony, Toyota Motor, Denso, NEC, NTT, Softbank, ngân hàng Mitsubishi UFJ,... Quan trọng hơn, chính phủ Nhật sẽ ưu tiên cung cấp hỗ trợ tài chính cho công ty.

Ông Higashi cho biết, Rapidus dự kiến sẽ sở hữu một fab tiên tiến thực thụ vào năm 2027, đặt tại thành phố Chitose – cách thủ phủ Sapporo của Hokkaido khoảng 36 km. Dự án sẽ tiêu tốn khoảng 7.000 tỷ Yên (52 tỷ USD), một con số khổng lồ. Việc lựa chọn vị trí phù hợp để đặt nhà máy là một nhiệm vụ quan trọng. Chitose sở hữu nguồn nước dồi dào cùng nhiều cơ sở sản xuất năng lượng tái tạo⁴, khiến nó trở thành một ứng viên tốt. Tuy nhiên, phần lớn các nhà cung cấp cho Rapidus lại tập trung ở tỉnh Kumamoto (cách Hokkaido hơn 2000 km), vì thế Rapidus sẽ phải tính toán kỹ để đảm bảo chuỗi cung ứng vận hành trơn tru. Điều đáng chú ý là TSMC cũng đang xây dựng một nhà máy chip ở Kumamoto, trong liên danh với Sony.

Rapidus chắc chắn sẽ đối mặt với thách thức không nhỏ trong cuộc đua mua sắm trang thiết bị, nhất là máy quang khắc (EUV) – thứ không thể thiếu để chế tạo những con chip tiên tiến – từ hãng ASML của Hà Lan. Cả Intel, Samsung và TSMC đều đang tranh nhau đặt hàng nhằm đảm bảo sở hữu đủ máy EUV cho các kế hoạch mở rộng của họ, khiến những khách mua khác trong danh sách chờ phải đợi khoảng hai năm. Một điều may mắn cho Rapidus là các lệnh trừng phạt do Mỹ áp đặt lên ngành bán dẫn Trung Quốc có thể sẽ giúp ASML tái phân bổ lại nguồn cung. Khác với nhiều nhà sản xuất chip ít tên tuổi khác, Rapidus không quan tâm đến các tiến trình đã cũ và bão hòa. Hơn nữa, như ông Higashi nhận định: công ty sẽ không thể cạnh tranh với TSMC và Samsung về sản lượng⁵, do đó họ cần hoàn toàn tập trung cho cuộc đua thu nhỏ bóng bán dẫn (transistor).

Việc xây dựng một công ty bán dẫn hàng đầu từ con số 0 thực sự là một kế hoạch táo bạo. Rapidus không phải là không có cơ hội khi tốc độ đổi mới theo định luật Moore6 đang chậm lại. Tuy nhiên, chúng ta vẫn cần phải chờ xem bởi các đại gia TSMC, Samsung và Intel đều sở hữu rất nhiều nguồn lực cùng năng lực chuyên môn vượt trội để đưa ngành công nghiệp chip lên một tầm cao mới; và tương lai của họ cũng phụ thuộc vào điều đó.

1. Thập niên 1980 là thời hoàng kim của ngành công nghiệp bán dẫn Nhật Bản, cùng với sự bùng nổ của thị trường máy tính cá nhân (PC). Năm 1990, 6/10 công ty sản xuất chip hàng đầu thế giới là của Nhật Bản, trong đó NEC đứng đầu, Toshiba thứ hai và Hitachi thứ tư. Chính sự thống trị này đã buộc Intel phải rút lui khỏi mảng kinh doanh chip nhớ DRAM. Tuy nhiên, các đối thủ từ Hàn Quốc và Đài Loan sau đó đã vươn lên mạnh mẽ, một phần nhờ vào sự hậu thuẫn ngầm của Hoa Kỳ.

2. Tokyo Electron là một trong những nhà cung cấp thiết bị và công nghệ chế tạo chip quan trọng nhất thế giới.

3. Trong thiết kế vi mạch, khái niệm IP dùng để chỉ một đơn vị logic, cell, hoặc mẫu thiết kế IC là tài sản trí tuệ của một bên – có thể độc quyền hoặc cấp phép cho bên thứ ba sử dụng.

4. Việc sản xuất chip trên quy mô công nghiệp sẽ ngốn rất nhiều nước và điện năng. Chính quyền Đài Loan từng nhiều lần ưu tiên nguồn nước cho hoạt động của TSMC trong thời điểm hạn hán hoành hành.

5. Bất cứ nhà sản xuất nào cũng đều mong muốn và phải tìm mọi cách để đạt được lợi thế nhờ quy mô (economies of scale). Chẳng hạn, giá bán lẻ của một vi mạch (IC) trên thị trường chỉ vào khoảng vài cent cho tới vài USD; cho nên nhà sản xuất bắt buộc phải bán được hàng triệu IC như vậy thì mới mong thu hồi vốn và có lãi.

6. Định luật do Gordon Moore – nhà sáng lập Intel – xây dựng, được phát biểu như sau: “Số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông (6,45 cm²)sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi 24 tháng”. Năm 2000 định luật được sửa đổi là sau mỗi chu kỳ 18 tháng. Định luật Moore được xem là một bước ngoặt và động lực phát triển của ngành công nghiệp điện tử vi mạch, lý giải tại sao các nhà sản xuất có thể cắt giảm giá thành trong khi vẫn tiếp tục nâng cao hiệu suất của phần cứng.