Thế giới trước nguy cơ rơi vào cuộc khủng hoảng bán dẫn và trí tuệ nhân tạo

Ngành sản xuất chip đứng trước cuộc khủng hoảng mới

Là “huyết mạch” của nền kinh tế số, ngành bán dẫn đang đóng một vai trò chủ chốt. Mỹ và các nước châu Âu coi việc sản xuất chip là ưu tiên chiến lược. Nhiều nhà máy sản xuất chip mới đang được xây dựng ở Mỹ, châu Âu và khu vực châu Á. Theo số liệu của Hiệp hội Công nghiệp bán dẫn Mỹ (SIA), dự kiến sẽ có gần 1.000 tỷ USD được đầu tư cho lĩnh vực này đến năm 2030.

Thị trường bán dẫn toàn cầu tăng trưởng với tốc độ trung bình từ 6-8%. Trong khi đó sự bùng nổ về trí tuệ nhân tạo (Al) cũng đang thúc đẩy nhu cầu về chip, trong khi cơn sốt chip thúc đẩy nhu cầu về nguồn tài nguyên nước…Lượng nước tiêu thụ cho các nhà máy sản xuất chip và trung tâm dữ liệu sẽ tăng lên khi nhu cầu về chip tăng lên. Những loại chip càng tiên tiến sẽ càng cần nhiều bước xử lý. Giờ đây khi khí hậu dần khô hơn và các quy định về tài nguyên nước ngày càng thắt chặt buộc các nhà máy phải nỗ lực giảm lượng nước thải.

Việc sản xuất chip tiêu tốn một lượng nước lớn vì đòi hỏi nguồn nước siêu tinh khiết, không chứa chất gây ô nhiễm, vi khuẩn và ion. Nguyên nhân là bởi tấm bán dẫn rất nhạy cảm với các hạt nhỏ, có thể làm gián đoạn quá trình sản xuất và khiến các công ty thiệt hại hàng tỷ USD. Sự khan hiếm nước tiếp tục là mối quan tâm hàng đầu của các công ty sản xuất chip.

Ngành sản xuất chíp có nguy cơ tiếp tục rơi vào cuộc khủng hoảng do sự bùng nổ của ngành bán dẫn và công nghệ trí tuệ nhân tạo. Ảnh: Vietnamnet

Được biết trong đại dịch Covid-19, cuộc khủng hoảng bán dẫn nghiêm trọng đã xảy ra do gián đoạn chuỗi cung ứng và nhu cầu đối với thiết bị điện tử tiêu dùng tăng vọt trong bối cảnh mọi người làm việc, học tập tại nhà.

Các “gã khổng lồ” công nghệ đã và đang giành giật các bộ xử lý đồ họa (GPU), chủ yếu từ Tập đoàn công nghệ đa quốc gia của Mỹ (Nvidia). Chúng được đưa vào các trung tâm dữ liệu để đào tạo các mô hình AI khổng lồ, làm công nghệ nền tảng cho những ứng dụng như ChatGPT của OpenAI.

Trong khi đó, các công ty như Qualcomm đang thiết kế chip dành cho smartphone và máy tính cá nhân để chạy AI cục bộ thay vì thông qua kết nối Internet trên đám mây. Samsung và Microsoft đều đã cho ra đời các sản phẩm như vậy.

Hãng tư vấn Bain dự đoán nhu cầu GPU và thiết bị điện tử tiêu dùng AI có thể gây áp lực lên chuỗi cung ứng và là nguyên nhân của tình trạng khan hiếm chip tiếp theo. Bain lưu ý chuỗi cung ứng chip cực kỳ phức tạp. Nhu cầu nếu tăng khoảng 20% hoặc hơn có khả năng cao làm đảo lộn trạng thái cân bằng.

Nhiều công ty tham gia vào chuỗi cung ứng bán dẫn: Nvidia thiết kế GPU rồi giao cho Tập đoàn Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan (TSMC) sản xuất. TSMC mua máy móc sản xuất chip từ các quốc gia khác như Hà Lan. Hiện tại, chỉ TSMC và Samsung có năng lực sản xuất chip tiên tiến quy mô lớn. Địa chính trị cũng có thể là một yếu tố dẫn đến thiếu hụt chip. Chính phủ khắp thế giới xem chất bán dẫn như công nghệ chiến lược.

Thông qua các hạn chế xuất khẩu và các biện pháp trừng phạt, Mỹ đang cố gắng chặn đường tiếp cận công nghệ bán dẫn tối tân của Trung Quốc. Đồng thời, Washington tìm cách củng cố năng lực sản xuất bán dẫn nội địa.

Căng thẳng địa chính trị, hạn chế thương mại và việc các công ty công nghệ đa quốc gia tách rời chuỗi cung ứng khỏi Trung Quốc tiếp tục gây ra rủi ro nghiêm trọng đối với nguồn cung chất bán dẫn. Sự chậm trễ trong xây dựng nhà máy, thiếu nguyên liệu và các yếu tố khó lường khác cũng có thể gây khó khăn.

Tiêu chuẩn vi mạch bán dẫn

Nhận thức được vai trò quan trọng của ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn trong bối cảnh thế giới bước sang giai đoạn bùng nổ nghiên cứu, ứng dụng và phát triển các công nghệ mới như AI, IoT, 5G, Big Data,…Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế IEC đã thành lập ban kỹ thuật IEC/ TC47 về thiết bị bán dẫn. Nhiệm vụ của IEC/TC 47 là xây dựng các tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế, sản xuất, sử dụng và tái sử dụng các thiết bị bán dẫn rời rạc, mạch tích hợp, thiết bị hiển thị, cảm biến, cụm linh kiện điện tử, yêu cầu giao diện và thiết bị vi cơ điện tử, sử dụng các phương pháp thực hành thân thiện với môi trường.

Theo đó, có 4 nhóm tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn, cụ thể: Tiêu chuẩn sản phẩm gồm các tiêu chuẩn quy định chất lượng và các yêu cầu kỹ thuật của các sản phẩm bán dẫn như vi mạch, chip, hoặc các linh kiện điện tử. Tiêu chuẩn thiết bị bán dẫn chủ yếu có các bộ tiêu chuẩn đã được IEC công bố, gồm các bộ IEC 60747, 62047, 61290, 61291 và 61292. 

Tiêu chuẩn sản xuất/chế tạo bao gồm quá trình sản xuất chất bán dẫn. Do tầm quan trọng của phòng sạch, các tiêu chuẩn sản xuất sẽ đề cập đến việc phân phối khí trong phạm vi phòng sạch cũng như việc sử dụng và chất lượng nước. Bộ tiêu chuẩn IEC 62258 cung cấp thông tin về cấu trúc (lõi) linh kiện được cắt rời từ phiến silic, sau quá trình chế tạo. Các nội dung quan trọng khác cũng được đưa vào, chẳng hạn như khả năng miễn nhiễm EM, kiểm tra chất bán dẫn và các yêu cầu cụ thể về ngành hàng không vũ trụ, yêu cầu đối với phòng sạch.

Tiêu chuẩn kiểm tra/ thử nghiệm bao gồm nhiều phương pháp thử nghiệm khác nhau. Tiêu biểu là IEC 60749 (gồm 42 phần) đề cập đến một loạt các thử nghiệm từ tổng quát đến phức tạp. Bộ IEC 60749 trình bày phương pháp thử nghiệm chi tiết cho nhiều loại thiết bị bán dẫn để sử dụng trong các môi trường và ngành công nghiệp khác nhau, yêu cầu các thiết bị phải tuân theo/đáp ứng mức độ thử nghiệm.

Ngoài ra, tiêu chuẩn kiểm tra/ thử nghiệm cũng gồm hàng loạt tiêu chuẩn về phương pháp thử nghiệm cơ học và môi trường, thử nghiệm chất bán dẫn mở rộng đến các thử nghiệm phóng tĩnh điện (ESD), bức xạ và các tiêu chuẩn về độ tin cậy khác.

Tiêu chuẩn khác cung cấp các thông tin bổ sung, nhóm này bao gồm các tiêu chuẩn cho cả chất bán dẫn và thiết bị bán dẫn, cũng như việc kiểm tra, thử nghiệm chúng và các lĩnh vực nghiên cứu khác với các danh mục theo công đoạn được nêu ở trên.

Tiêu chuẩn của Việt Nam về bán dẫn

Bộ Thông tin và Truyền thông cho biết xét về mặt doanh số, Việt Nam đứng hạng 3 châu Á, sau Đài Loan (Trung Quốc) và Malaysia trong xuất khẩu chip bán dẫn vào Mỹ. Trong tháng 2/2023, Việt Nam đã xuất khẩu chip vào Mỹ đạt doanh số 562,5 triệu USD, tăng so với tháng 2 năm 2022 (đạt 321,7 triệu USD).

Tuy nhiên, những con số trên chỉ là kết quả thu được ở công đoạn 3, đó là thực hiện việc kiểm tra, đóng gói thành phẩm. Đây là công đoạn có giá trị gia tăng thấp nhất trong chuỗi cung ứng (chip sẽ được sản xuất ở các nước khác, sau đó đưa về Việt Nam lắp ráp vào các thiết bị, kiểm tra, chạy thử và đóng gói sản phẩm).

Rõ ràng, trong ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn, nếu chỉ tham gia khâu đóng gói, thử nghiệm mà không tích cực tham gia, làm chủ công đoạn thiết kế, chế tạo hay chủ động thêm được về công nghệ thì nguồn thu sẽ rất hạn chế. Trước bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, Việt Nam đang hướng đến xây dựng chính phủ số, thành phố thông minh, sản xuất thông minh, nền nông nghiệp thông minh,… tất cả sẽ gặp phải nhiều khó khăn nếu ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn phụ thuộc hoàn toàn từ nước ngoài. Điều này lại càng quan trọng hơn trong lĩnh vực quốc phòng, an ninh.

Để có thể phát triển ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn, chủ động trong các công đoạn thiết kế, chế tạo, có thể thấy tiêu chuẩn giữ vai trò quan trọng. Tại dự thảo Chiến lược phát triển Công nghiệp vi mạch bán dẫn Việt Nam đến năm 2030 và tầm nhìn 2035, Bộ Khoa học và Công nghệ có nhiệm vụ chủ trì, phối hợp với Bộ Thông tin và Truyền thông và các cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp liên quan nghiên cứu, thực hiện chuyển giao công nghệ và xây dựng, ban hành các tiêu chuẩn kỹ thuật về vi mạch bán dẫn. Có thể khẳng định, xây dựng tiêu chuẩn là nội dung quan trọng để cụ thể hóa các giải pháp nhằm phát triển ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn ở nước ta.

Hiện trong hệ thống tiêu chuẩn đã có một số tiêu chuẩn liên quan đến công nghiệp vi mạch bán dẫn, cụ thể như: Bộ TCVN 11344 (36 phần) hoàn toàn tương đương với các phần của bộ IEC 60749 (phục vụ thử nghiệm linh kiện, thiết bị bán dẫn); TCVN 8095-521:2009 (IEC 60050-521:2002) Từ vựng kỹ thuật điện quốc tế-Phần 521: Linh kiện bán dẫn và mạch tích hợp;…

Để từng bước xây dựng và hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn quốc gia phục vụ phát triển ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn Việt Nam, trước hết cần quan tâm rà soát, cập nhật, xây dựng được tiêu chuẩn về các thuật ngữ, định nghĩa trong lĩnh vực vi mạch bán dẫn, nhằm thống nhất khái niệm, cách hiểu về lĩnh vực quan trọng này.

An Dương (T/h)