CÔNG THỨC BÍ MẬT GIÚP ĐÀI LOAN TRỞ THÀNH “SIÊU SAO” TRONG SẢN XUẤT CHÍP TRÊN TOÀN CẦU

Chip máy tính là gì?

Chip máy tính là một bản nhỏ bằng vật liệu bán dẫn với một mạch điện tử nhúng. Chip máy tính chứa hàng triệu đơn vị điện tử siêu nhỏ được gọi là bóng bán dẫn truyền tín hiệu dữ liệu. Ban đầu, chip có kích thước vật lý lớn và hoạt động điện toán chỉ được thực hiện trong các phòng thí nghiệm quốc gia, trường đại học hoặc công ty lớn. Cải tiến thêm trong công nghệ chip máy tính đã dẫn đến việc phát triển các bộ xử lý hiệu suất cao, tạo điều kiện cho tất cả các loại phân tích, đồ họa và ứng dụng máy học nâng cao. Khi kích thước của chip máy tính nhỏ gọn hơn thì có thể tạo ra nhiều máy tính nhỏ hơn có thể sử dụng tại nhà. Ngày nay, chip máy tính có mặt ở khắp nơi trong cuộc sống của chúng ta: trong mọi thứ, từ lò vi sóng cho đến bàn chải đánh răng.

 CÔNG THỨC BÍ MẬT GIÚP ĐÀI LOAN TRỞ THÀNH “SIÊU SAO” TRONG SẢN XUẤT CHÍP TRÊN TOÀN CẦU

Shih Chin-tay lớn lên trong một làng chài, bao bọc xung quanh là những cánh đồng mía, ông học đại học tại thủ đô Đài Bắc, khi đó là một thành phố đầy bụi và những tòa chung cư xám xịt, cư dân thì hiếm có người mua được xe ô tô. Năm 23 tuổi, Shih Chin-tay đến Mỹ. Ông đến Đại học Princeton. Nước Mỹ khi đó vừa đưa được người lên Mặt Trăng và chế tạo được máy bay Boeing 747. Nền kinh tế của Mỹ có quy mô lớn hơn cả Liên Xô, Nhật Bản, Đức và Pháp gộp lại.

Khi máy bay đáp xuống, Shih bị sốc, ông nói “Tôi tự nghĩ, Đài Loan nghèo quá, tôi phải làm điều gì đó để giúp Đài Loan giàu có hơn.”

Và ông ấy đã làm được. Tiến sĩ Shih và một nhóm các kỹ sư trẻ, tràn đầy hoài bão đã biến đổi hòn đảo vốn xuất khẩu mía và áo thun sang một trung tâm điện tử.

Ngày nay Đài Bắc trở nên giàu có và hiện đại. Những con tàu tốc độ cao chật cứng hành khách di chuyển dọc theo vùng ven biển ở phía tây ở hòn đảo này với tốc độ 350 km/h. Tòa nhà Đài Bắc 101 – một thời là tòa nhà cao nhất trên thế giới, là biểu tượng của sự thịnh vượng.

Và rất nhiều sự thịnh vượng đến từ một thiết bị nhỏ bé, chỉ khoảng bằng chiếc móng tay. Chất bán dẫn silicon - tấm wafer mỏng tang và được biết đến là chip – đóng vai trò trung tâm cho mọi công nghệ mà chúng ta sử dụng, từ những chiếc điện thoại iPhone cho đến máy bay.

Đài Loan hiện chiếm hơn một nửa số lượng chip được sản xuất cho cuộc sống của chúng ta. Tập đoàn sản xuất lớn nhất là Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), công ty có giá trị lớn thứ chín trên thế giới.

Điều này khiến Đài Loan hầu như không thể thay thế được - và cũng dễ bị tổn thương. Trung Quốc, lo sợ sẽ bị cắt đứt khỏi lĩnh vực chip tiên tiến nhất thế giới, nên đã bỏ ra hàng tỷ USD nhằm soán ngôi của Đài Loan, họ cũng thường xuyên đe dọa có thể chiếm hòn đảo này, khi đó công nghệ sản xuất chip của Đài Loan sẽ là của họ.

Thế nhưng con đường Đài Loan đến vị trí siêu sao sẽ không dễ dàng bị sao chép – hòn đảo này sở hữu một công thức bí mật, được chui rèn qua hàng thập kỷ đổ rất nhiều mồ hôi, công sức của các kỹ sư. Thêm nữa, quy trình sản xuất còn dựa trên một mạng lưới các mối gắn kết kinh tế mà cuộc đối đầu Mỹ-Trung đang leo thang hiện nay đang muốn đảo ngược.

Đường đến silicon

Khi Tiến sĩ Shih đến Đại học Princeton, “nước Mỹ chỉ đang bắt đầu cuộc cách mạng chip bán dẫn”, ông nói.

Chỉ mới một thập kỷ kể từ khi Robert Noyce chế tạo “một vi mạch tích hợp nguyên khối”, đóng gói các thành phần điện tử thành một mảnh silicon mỏng duy nhất, phiên bản đầu tiên của microchip - khởi đầu cuộc cách mạng máy tính cá nhân.

Trong hai năm sau khi Tiến sĩ Shih tốt nghiệp, ông ấy đã thiết kế những chip bộ nhớ tại tập đoàn Burroughs, chỉ xếp thứ hai sau IBM.

Vào thời điểm đó, Đài Loan đang tìm kiếm một ngành công nghiệp quốc gia mới, theo sau cuộc khủng hoảng dầu hỏa, khiến sản lượng xuất khẩu sụt giảm. Silicon dường như là một khả năng – và Tiến sĩ Shih nghĩ đã đến lúc phải quay trở về nhà.

Vào cuối những năm 1970, ông ấy đã gia nhập một đội ngũ các kỹ sư điện tử giỏi nhất tại một phòng thí nghiệm nghiên cứu - Viện Nghiên cứu Công nghệ (Industrial Technology Research Institute) uy tín đóng vai trò quan trọng trong việc định hình lại nền kinh tế của hòn đảo này.

Công việc bắt đầu tại Tân Trúc, một thành phố nhỏ, miền nam Đài Bắc – ngày nay là một trung tâm điện tử toàn cầu, do các nhà máy khổng lồ sản xuất chip điện tử trên tấm bán dẫn của tập đoàn TSMC thống lĩnh. Những nhà máy sản xuất chip này, có diện tích cỡ vài sân bóng đá, là một vài nơi sạch nhất trên Trái Đất. Các chi tiết sản xuất tinh lọc nhất là một bí mật được canh gác kỹ lưỡng, và không được phép có camera bên ngoài nào thâm nhập.

Nhà máy mới nhất – gần 20 tỷ USD ở miền nam Đài Loan - sẽ sớm bắt đầu sản xuất những con chip kích cỡ ba nanomét được dùng cho các điện thoại iPhone thế hệ tiếp theo.

Tất cả những điều này vượt xa điều mà Tiến sĩ Shih và các đồng nghiệp tưởng tượng khi họ mở một nhà máy vận hành thử nghiệm vào những năm 1970. Họ hy vọng vì có công nghệ được cấp phép từ một công ty sản xuất điện tử lớn tại Mỹ - nhưng một điều khiến ai nấy đều ngỡ ngàng, nhà máy này đã vượt qua công ty mẹ của mình. Thật khó để giải thích lý do vì sao, và cho đến ngày nay, công thức chính xác cho thành công của Đài Loan vẫn còn là bí mật.

Nói về thành công này của Đài Loan, Tiến sĩ Shin giải thích một cách đơn giản rằng: Năng suất tốt hơn nhà máy RCA với chi phí thấp hơn. Điều này mang đến cho chính phủ sự tự tin là chúng tôi có thể thật sự làm được chuyện gì đó và Chính phủ Đài Loan cung cấp nguồn vốn khởi đầu – ban đầu cho tập đoàn United Micro-electronics Corporation, và sau đó vào năm 1987 cho TSMC. Vì vây TSMC đã trở thành tập đoàn sản xuất chip lớn nhất thế giới.

Để vận hành tập đoàn này, họ đã tuyển dụng Morris Chang, một kỹ sư người Mỹ gốc Hoa, và một quan chức điều hành tại gã khổng lồ điện tử của Mỹ, Texas Instruments. Đây là may mắn hoặc tài năng, hoặc cả hai – ngày nay, người đàn ông 93 tuổi này được biết là cha đẻ của ngành công nghiệp chất bán dẫn của Đài Loan.

Vào khi đó, ông ấy nhận ra rằng việc theo các gã khổng lồ của Mỹ và Đài Loan theo chính trò chơi của họ đang là một tiền đề thất bại. Thay vào đó, TSMC sẽ chỉ sản xuất chip cho quốc gia khác và bảo mật thiết kế để các nước khác không sao chép thiết kế được.

“Mô hình khuôn đúc này” không được nghe tới vào năm 1987, đã thay đổi bối cảnh của ngành công nghiệp này và dọn đường cho Đài Loan đi đầu trong lĩnh vực này.

Và thời điểm đã đến lúc 'chín muồi'. Một loạt những start-up mới như Apple, AMD, Qualcomm, Nvidia của Thung lũng Silicon – không có nguồn quỹ để xây dựng các nhà máy sản xuất chip của chính mình. Và họ gặp khó khăn trong việc tìm công ty sản xuất chip, một thành phần không thể thiếu được.

Hiện những công ty sản xuất chip có thể hợp tác với các công ty Đài Loan, vốn không quan tâm đến việc đánh cắp những thiết kế của họ hoặc cạnh tranh với những công ty này.

“Luật số một ở TSMC là không cạnh tranh với khách hàng của bạn,” Tiến sĩ Shih nói.

Cuộc chiến chip Mỹ - Trung: Phần thắng đang thuộc về Mỹ

Công thức bí mật

Thế giới đã sản xuất hơn một ngàn tỷ chip mỗi năm. Một chiếc xe ô tô hiện đại có từ khoảng 1.500 đến 3.000 con chip.

Điện thoại iPhone 12 cũng được cho có khoảng 1.400 chip bán dẫn. Mức thiếu hụt vào năm 2022, do nhu cầu điện tử ngày càng gia tăng trong thời kỳ đại dịch, có sức tác động như nhau lên sản lượng bán máy giặt hay những chiếc xe BMW.

Thành công ngoạn mục của Đài Loan - một hòn đảo xuất khẩu hơn một nửa trong số hàng ngàn tỷ con chip trên toàn cầu, hầu hết là các loại tân tiến nhất – được tạo nên từ khả năng thành thạo công nghệ. Nói cách khác, ngành chế tạo của Đài Loan đạt hiệu quả không thể tin nổi.

Chế tạo những con chip silicon là rất tốn kém và tốn nhiều công sức. Bắt đầu với một thỏi lớn silicon cực tinh khiết được phát triển chỉ từ một mảnh thủy tinh duy nhất. Mỗi khối có thể mất vài ngày để tăng trưởng và có thể nặng lên đến 100 kg.

Sau khi một máy cắt kim cương cắt chúng thành những tấm mỏng, một chiếc máy sử dụng quang khắc những vi mạch nhỏ trên mỗi miếng silicon mỏng. Mỗi tấm silicon (wafer) có thể chứa đến hàng trăm bộ vi xử lý và hàng tỷ vi mạch.

Điều quan trọng cuối cùng là hiệu năng – khu vực mà mỗi tấm silicon mỏng có thể được sử dụng như một con chip. Vào những năm 1970, hiệu năng mà các công ty Mỹ có thể tạo ra chỉ là 10%, và tốt nhất là 50%. Trước những năm 1980, người Nhật đạt được mức trung bình là 60%. TSMC được cho đã vượt tất cả với hiệu năng là khoảng 80%.

Qua thời gian, các công ty sản xuất của Đài Loan đã có thể gắn thêm nhiều vi mạch vào một những tấm mỏng hơn. Sử dụng máy quang khắc bằng tia cực tím mới nhất, TSMC có thể ráp 100 tỷ vi mạch lên một bộ vi xử lý, hoặc hơn 100 triệu vi mạch trên mỗi milimét vuông.

TheoFb