Trong mấy năm qua, các lệnh trừng phạt của Mỹ đã khiến ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc bị bóp nghẹt. Mỹ đã cấm bán cho Trung Quốc bất kỳ công nghệ nào có thể dùng để chế tạo chip thế hệ 14nm cũng như các loại chip cao cấp hơn. Các công ty Trung Quốc vẫn có thể sản xuất chip phục vụ nhu cầu sử dụng hiện tại nhưng không được phép nhập khẩu một số công nghệ sản xuất chip, khiến họ gần như không thể sản xuất các sản phẩm tiên tiến.
Tuy nhiên, công nghệ chiplet mang đến cho Trung Quốc một cách đi mới để có kịp các nước khác trong lĩnh vực bán dẫn.
Từ năm 2022, cả chính phủ Trung Quốc lẫn các nhà đầu tư mạo hiểm đều tập trung vào việc thúc đẩy ngành công nghiệp chiplet trong nước. Các nhà nghiên cứu hàn lâm được khuyến khích giải quyết các vấn đề tiên tiến nhất liên quan đến chế tạo chiplet, trong khi một số công ty khởi nghiệp về chiplet, như Polar Bear Tech, đã cho ra đời những sản phẩm đầu tiên của họ.
Chiplet là gì?
Chiplet là công nghệ sử dụng nhiều chip nhỏ (chiplet) kết nối lại với nhau để tạo thành một vi xử lý lớn hơn. Ngược lại với các chip truyền thống vốn tích hợp tất cả các thành phần trên một miếng silicon duy nhất, các chiplet có cách tiếp cận theo module. Mỗi chiplet là một module với chức năng riêng - như xử lý hoặc lưu trữ dữ liệu - sau đó, chúng được kết nối để trở thành một hệ thống.
Vì mỗi chiplet nhỏ và chuyên dụng hơn nên chi phí sản xuất chúng cũng rẻ hơn và ít có khả năng bị lỗi hơn. Đồng thời, người ta có thể nâng cấp từng chiplet để cải thiện hiệu suất, trong khi giữ nguyên các chiplet phụ trách chức năng khác.
Chiplet được tạp chí MIT Technology Review bình chọn là một trong 10 công nghệ đột phá của năm 2024. Các công ty lớn trong lĩnh vực chip như AMD, Intel và Apple đều sử dụng công nghệ này trong các sản phẩm của mình vì với họ, chiplet là một trong những cách mà ngành công nghiệp bán dẫn có thể tiếp tục tăng công suất tính toán của chip, bất chấp giới hạn vật lý.
Còn đối với các công ty chip Trung Quốc, họ có thể giảm thời gian và chi phí phát triển trong nước những con chip mạnh hơn. Nhưng để biến tiềm năng đó thành hiện thực, các công ty chip Trung Quốc cần đầu tư vào công nghệ đóng gói để kết nối các chiplet thành một thiết bị.
Đóng gói chip
Việc đảm bảo nhiều chiplet có thể cùng hoạt động cần đến các kỹ thuật đóng gói phức tạp hơn so với các kỹ thuật đóng gói chip đơn mảnh truyền thống. Công nghệ được sử dụng trong quy trình này được gọi là đóng gói tiên tiến.
Đây là một bước dễ dàng đối với Trung Quốc. Ngày nay, các công ty Trung Quốc đảm nhiệm 38% công việc đóng gói chip trên toàn thế giới. Mặc dù các công ty ở Đài Loan và Singapore vẫn kiểm soát được những công nghệ tiên tiến hơn, nhưng việc bắt kịp trên mặt trận này ít khó khăn hơn.
Harish Krishnaswamy, giáo sư nghiên cứu về viễn thông và thiết kế chip tại Đại học Columbia, cho biết: “Việc đóng gói được chuẩn hóa ít hơn, ít tự động hơn. Nó phụ thuộc nhiều vào các kỹ thuật viên lành nghề". Và vì chi phí lao động ở Trung Quốc vẫn rẻ hơn đáng kể so với ở phương Tây, nên Trung Quốc sẽ không phải mất nhiều thập kỷ để bắt kịp công nghệ đóng gói tiên tiến nhất.
Rót vốn vào ngành chiplet
Giống như bất cứ lĩnh vực nào trong ngành bán dẫn, phát triển chiplet rất tốn tiền. Nhưng bị thôi thúc bởi ý thức phải cấp thiết phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp chip trong nước, chính phủ Trung Quốc và các nhà đầu tư đã bắt đầu đầu tư vào các nhà nghiên cứu và công ty khởi nghiệp về chiplet.
Tháng 7/2023, Quỹ Khoa học tự nhiên quốc gia NSFC, quỹ nghiên cứu cơ bản hàng đầu của Trung Quốc, đã công bố kế hoạch tài trợ cho khoảng 30 dự án nghiên cứu chiplet liên quan đến thiết kế, sản xuất, đóng gói, vv. NSFC cho biết dự định cấp từ 4 - 6,5 triệu USD tài trợ nghiên cứu chip trong bốn năm tới với mục tiêu tăng hiệu suất chip lên “một đến hai độ".
Bên cạnh đó, một số chính quyền địa phương cũng sẵn sàng đầu tư vào những cơ hội phát triển chiplet công nghiệp.
Thành phố Vô Tích thuộc tỉnh Giang Tô, Trung Quốc đang định vị mình là trung tâm sản xuất chiplet - một “Valley Chiplet". Năm ngoái, các quan chức chính quyền Vô Tích đã đề xuất thành lập quỹ trị giá 14 triệu USD để đưa các công ty chiplet tới thành phố, và quỹ này đã thu hút được một số công ty trong nước. Đồng thời, một loạt các công ty khởi nghiệp Trung Quốc định vị hoạt động trong lĩnh vực chiplet đã nhận được hỗ trợ kinh doanh.
Polar Bear Tech, một công ty khởi nghiệp Trung Quốc đang phát triển các chiplet phổ thông và chuyên dụng, vừa gọi vốn được hơn 14 triệu USD từ các quỹ mạo hiểm vào tháng Tám năm ngoái. Công ty đã phát hành con chip AI dựa trên chiplet đầu tiên tên là “Qiming 930" vào tháng 2/2023.
Một số công ty khởi nghiệp khác như Chiplego, Calculet và Kiwimoore cũng đã nhận được hàng triệu USD để sản xuất các chiplet chuyên dụng cho ô tô hoặc các mô hình AI đa phương thức.
Thách thức về công nghệ
Tuy vậy, vẫn có sự đánh đổi trong việc lựa chọn phát triển chiplet. Thông thường, các chiplet giúp giảm chi phí và cải thiện khả năng tùy chỉnh, nhưng vì có nhiều bộ phận chiplet trên một hệ thống nên cần nhiều kết nối hơn. Nếu một trong số kết nối hoặc chiplet gặp sự cố, toàn bộ chip có thể bị lỗi. Do đó, mức độ tương thích cao giữa các module là rất quan trọng.
Việc kết nối hoặc xếp chồng nhiều chiplet lên với nhau cũng có thể khiến hệ thống tiêu thụ nhiều điện hơn và nóng nhanh hơn, làm giảm hiệu suất hoặc thậm chí làm hỏng hệ thống chip.
Để tránh những vấn đề này, các công ty thiết kế chiplet phải tuân thủ những giao thức và tiêu chuẩn kỹ thuật giống nhau. Trên toàn cầu, năm 2022, các công ty lớn đã cùng nhau đề xuất một tiêu chuẩn mở về cách kết nối công nghiệp các chiplet, gọi là Universal Chiplet Interconnect Express (UCle).
Tuy nhiên, các bên tham gia đều muốn tạo ảnh hưởng, nên một số công ty Trung Quốc đã đưa ra tiêu chuẩn chiplet của riêng họ. Trên thực tế, các liên minh nghiên cứu khác nhau đã đề xuất ít nhất hai tiêu chuẩn chiplet của Trung Quốc làm phương án thay thế cho UCle vào năm 2023 và tiêu chuẩn thứ ba ra mắt vào tháng 1/2024 tập trung vào việc truyền dữ liệu thay vì kết nối vật lý.
Nếu tiêu chuẩn chung không được công nhận trong ngành, các chiplet sẽ không thể đạt được mức độ tùy chỉnh mà công nghệ này hứa hẹn. Và đây là nhược điểm có thể khiến các công ty chiplet trên toàn thế giới quay trở lại với chip nguyên khối truyền thống.
Lệnh trừng phạt tiếp tục gây khó
Đối với Trung Quốc, theo đuổi công nghệ chiplet sẽ không đủ để giải quyết các vấn đề như có được các máy in thạch bản để sản xuất chip nguyên khối truyền thống.
Việc kết hợp các chiplet kém tiên tiến hơn chỉ có thể thay thế những con chip tiên tiến mà Trung Quốc không thể tiếp cận, nhưng có lẽ sẽ không giúp tạo ra một con chip vượt trội so với những sản phẩm hàng đầu trên thế giới. Và nếu Mỹ mở rộng các lệnh trừng phạt bán dẫn thì công nghệ chiplet của Trung Quốc lại có thể gặp khó khăn.
Trên thực tế, tháng 10/2023, khi sửa đổi lệnh trừng phạt trước đó đối với ngành bán dẫn Trung Quốc, Bộ Thương mại Mỹ đã đưa ra một số phát ngôn mới đề cập đến chiplet. Bản sửa đổi đã bổ sung các thông số mới, xác định công nghệ nào bị cấm bán cho Trung Quốc và một số thông số dường như đo lường mức độ tiên tiến của các chiplet.
Hiện tại, các nhà máy chip trên thế giới không bị hạn chế sản xuất chip kém tiên tiến hơn cho Trung Quốc nhưng tài liệu của Bộ Thương mại Mỹ yêu cầu những công ty này đánh giá liệu sản phẩm của họ có thể trở thành một phần của chip tích hợp mạnh hay không. Như vậy, các công ty phải chịu thêm áp lực trong việc xác minh sản phẩm của họ không trở thành một bộ phận trong một sản phẩm nào đó có thể bị cấm xuất khẩu sang Trung Quốc.
Với tất cả những trở ngại nêu trên, việc phát triển công nghệ chiplet sẽ phải mất một thời gian, cho dù ý chí chính trị và quyết tâm đầu tư của Trung Quốc được dồn vào lĩnh vực này như thế nào. Chiplet có thể là lối tắt để ngành bán dẫn Trung Quốc tạo ra những con chip mạnh hơn, nhưng chắc chắn, nó không phải là giải pháp thần kỳ cho cuộc chiến công nghệ Mỹ-Trung.