Cuộc chiến những con chip

Tờ The New York Times viết, “Chip bán dẫn là một trong những phát minh quan trọng nhất của thế kỷ XX. Sự thay đổi mà nó mang lại cho thế giới tương đương một cuộc cách mạng công nghiệp, góp công đầu và lớn nhất trong việc mở ra thời đại kỹ thuật số”.

Từ đồ sộ đến siêu nhỏ

Giữa những năm 1940, các kỹ sư của Đại học Pennsylvania (Mỹ) đã làm ra một hệ thống máy tính đầu tiên sử dụng các đèn chân không có tên là ENIAC. Hệ thống là một cỗ máy khổng lồ nặng hơn 30 tấn, cao hơn 3 mét và chứa khoảng 100.000 bộ phận với 18.000 bóng chân không. Nó tiêu thụ lượng điện năng khổng lồ lên đến 200kWh và cứ vài ngày lại có một bóng đèn bị hỏng phải thay, khiến chi phí vận hành trở nên vô cùng tốn kém.

Trước khiếm khuyết này của ENIAC, Công ty viễn thông AT&T của Mỹ lập ra một nhóm nghiên cứu tìm kiếm công nghệ thay thế. Năm 1947, ba nhà khoa học của phòng thí nghiệm Bell Lab là William Shockley, John Bardeen và Walter Brattain đã phát minh transistor. Các transitor này sử dụng chất bán dẫn - một loại vật liệu với các tính chất vật lý chỉ mới bắt đầu được giới khoa học hiểu rõ hơn - thay cho đèn chân không, đánh dấu sự ra đời của thời đại transitor và công nghệ chip bán dẫn.

Kể từ đó, các con chip ngày càng được thu nhỏ, chỉ khoảng 5 nanomet đến 7 nanomet và được ứng dụng trong tất cả các thiết bị điện tử, xuất hiện trong hầu như mọi sản phẩm công nghệ, mọi ngõ ngách của đời sống và hỗ trợ con người hiệu quả một cách đáng kinh ngạc. Cũng giống như dầu mỏ trong thế kỷ XX, chip bán dẫn (integrated circuit - IC) ngày nay được coi là mấu chốt của thương mại toàn cầu trong thế kỷ XXI, là chìa khóa cho các công nghệ quan trọng như 5G, trí tuệ nhân tạo, Internet vạn vật, xe điện tự hành… Đặc biệt, ứng dụng của chip có giá trị chiến lược trong giải quyết một số thách thức cấp bách nhất của thế giới như chăm sóc sức khỏe, biến đổi khí hậu, an ninh - quốc phòng… Đây chính là lý do khiến cuộc chạy đua làm chủ công nghệ và sản xuất các con chip bán dẫn nhỏ bé trở thành trung tâm của một cuộc cạnh tranh lớn giữa các cường quốc.

Tâm điểm Mỹ - Trung

Vào những năm 1960, các công ty Mỹ, điển hình là Fairchild Semiconductor, thống trị lĩnh vực bóng bán dẫn thế giới. Thế nhưng, từ những năm 1970, để tối ưu chi phí, các công ty bán dẫn Mỹ dần chuyển các khâu ít hàm lượng công nghệ hơn ra nước ngoài nhằm tận dụng nguồn lao động dồi dào giá rẻ và các quy định môi trường ít chặt chẽ bằng. Xu hướng này khiến ngành công nghiệp bán dẫn là một trong những lĩnh vực hội nhập quốc tế nhất trên thế giới, với các giai đoạn nghiên cứu, thiết kế, sản xuất và lắp ráp khác nhau trải dài khắp Bắc Mỹ, châu Âu và Đông Á. Xu hướng này mở ra cơ hội cho nhiều nước, đặc biệt là Trung Quốc bứt phát trong ngành công nghiệp đặc biệt quan trọng này.

Thế nhưng, những năm gần đây, đặc biệt sau đại dịch Covid-19, Mỹ đã nhận ra lỗ hổng nghiêm trọng bởi sự gián đoạn nguồn cung chất bán dẫn sản xuất chip. Mặc dù Mỹ là nơi phát minh và dẫn đầu về hoạt động nghiên cứu phát triển (R&D), nhưng sản xuất chất bán dẫn lại là điểm yếu của xứ cờ hoa. Theo báo cáo năm 2021 của Hiệp hội Công nghiệp bán dẫn Mỹ, 100% chip logic tiên tiến nhất (dưới 10 nanomet) được sản xuất bên ngoài nước Mỹ. Trong đó, Đài Loan (Trung Quốc) chiếm 92% và Hàn Quốc chiếm 8,0%. Nếu như những năm 1990, Mỹ chiếm 37% nguồn cung chip toàn cầu thì hiện nay chỉ là 12% còn lại khoảng 75% đến từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan (Trung Quốc) và Trung Quốc đại lục.

Để lấy lại thế chủ động, tháng 8/2022, Tổng thống Mỹ Joe Biden đã ký ban hành Đạo luật CHIPS và Khoa học (CHIP+). Chính phủ Mỹ tung ra gói trợ cấp 52 tỷ USD để khuyến khích đầu tư vào sản xuất chip trong nước và khoảng 280 tỷ USD chi trong 10 năm tới để “tăng cường năng lực bán dẫn…”. Mỹ đồng thời ngăn cản các công ty công nghệ được hỗ trợ mở rộng đầu tư ở Trung Quốc và bắt đầu phối hợp với Tây Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Australia, triển khai liên minh Chips 4 bao gồm Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan (Trung Quốc) để xây dựng chuỗi cung ứng chip riêng.

Nhằm giữ ưu thế, Trung Quốc tiếp tục chi rất mạnh tay nhằm củng cố, phát triển ngành công nghiệp bán dẫn trong nước. Từ năm 2019, Trung Quốc đã thành lập quỹ nhà nước 29 tỷ USD tài trợ chiến lược phát triển công nghiệp chip. Từ năm 2020, trong kế hoạch tổng thể do Chủ tịch Tập Cận Bình đưa ra, Trung Quốc tuyên bố sẽ đầu tư 1.400 tỷ USD đến năm 2025 cho phát triển công nghệ, phần lớn dành cho phát triển chất bán dẫn nhằm “soán ngôi” các công ty công nghệ như Cadence và Synopsys của Mỹ trong thiết kế phần mềm hay ASML của Hà Lan trong phát triển thiết bị sản xuất chip. Năm 2022, sản lượng chip của Trung Quốc đã tăng 33,3% so với năm 2021. Nhà sản xuất chip hàng đầu Trung Quốc SMIC đã nâng mức đầu tư lên 5 tỷ USD trong năm 2022 để mở rộng công suất và tuyên bố đã có thể sản xuất chip 7 nanomet - điều mà chưa nhà sản xuất Trung Quốc nào làm được trước đó.

Cùng hợp tác

Không chỉ có Trung Quốc và Mỹ, một số cường quốc châu Á khác như Ấn Độ và Nhật Bản đang nỗ lực theo sát cuộc đua với chiến lược lâu dài thúc đẩy sản xuất chip nội địa. Năm 2021, chính phủ Ấn Độ thông qua chương trình phát triển ngành công nghiệp bán dẫn với tổng đầu tư 9,6 tỷ USD cho các công ty đang đầu tư vào chip bán dẫn. Cuối năm ngoái, Ấn Độ đưa ra kế hoạch thu hút đầu tư vào ngành công nghiệp bán dẫn với các khoản ưu đãi trị giá 10 tỷ USD... Tại lễ khai mạc SemiconIndia 2023, Thủ tướng Narendra Modi tuyên bố Ấn Độ sẽ tận dụng những lợi thế để đóng góp vào ngành công nghiệp chip toàn cầu.

Tháng 11/2023, Quốc hội Nhật Bản thông qua ngân sách bổ sung khoảng 14 tỷ USD trợ cấp cho ngành công nghiệp bán dẫn. Chính phủ Nhật Bản cho biết sẽ đẩy mạnh hỗ trợ phát triển và giảm thuế cho doanh nghiệp chip bán dẫn, đồng thời dành 3,5 tỷ USD ngân sách để tài trợ xây dựng nhà máy sản xuất chip trị giá 8,6 tỷ USD ở tỉnh Kumamoto. Đây sẽ là cơ sở sản xuất hiện đại nhất của Nhật Bản dự kiến đi vào hoạt động từ cuối năm 2024. Chính phủ Nhật Bản sẽ dành hơn 1,3 tỷ USD tài trợ cho các lĩnh vực bao gồm phát triển siêu máy tính để xử lý dữ liệu cho các mô hình học tập AI…

Năm 2022, các nước EU cũng thông qua Đạo luật Chip châu Âu” và một gói đầu tư công - tư trị giá 47 tỷ USD nhằm bảo đảm chuỗi cung ứng chất bán dẫn trong tương lai và thúc đẩy đầu tư vào ngành sản xuất chip. Bước đi này sẽ giúp EU tiến gần tới mục tiêu đầy tham vọng là sản xuất 20% chất bán dẫn của thế giới vào năm 2030.

Tại Malaysia, gã khổng lồ Infineon Technologies của Đức tháng Tám vừa qua đã tuyên bố sẽ chi khoảng 5,45 tỷ USD để mở rộng các cơ sở sản xuất chất bán dẫn điện carbide silic (SiC) thế hệ tiếp theo có nhiều tính năng ưu việt hơn chip thông thường. Năm 2021, Intel cam kết đầu tư 6,49 tỷ USD trong kế hoạch 10 năm tại Malaysia.

Singapore phát triển công nghiệp bán dẫn từ những năm 1960. Tháng 9/2023, tập đoàn GlobalFoundries của Mỹ đã khai trương nhà máy mới trị giá 4 tỷ USD tại Singapore. Hãng vật liệu ứng dụng Soitec của Pháp đang mở rộng công suất cho nhà máy của hãng tại Singapore…

Tại Thái Lan, chính phủ nước này đã mở rộng các khoản giảm thuế doanh nghiệp cho các hãng sản xuất chip, được miễn thuế tối đa 13 năm và doanh nghiệp có thể tạm hoãn triển khai dự án đến tám năm khi chưa đủ điều kiện sản xuất.

Việt Nam cũng đang trở thành điểm đến mới của nhiều tập đoàn công nghệ bán dẫn lớn như Hana Micron Vina, Samsung từ Hàn Quốc, Intel, Amkor Technology, Nvidia từ Mỹ…

Theo chuyên gia nghiên cứu James Lee ở Đài Loan (Trung Quốc), cuộc đua chip bán dẫn sẽ càng nóng hơn nữa trong tương lai nhưng cũng sẽ có rất nhiều thách thức lớn bởi ngành công nghiệp này không chỉ gồm một chuỗi các nhà máy sản xuất lớn, hiện đại mà còn là một hệ sinh thái toàn cầu với hàng ngàn công ty liên đới với nhau. Cùng với đó, thời gian cho nghiên cứu và phát triển ở lĩnh vực này thường sẽ mất nhiều năm với chi phí tốn kém hàng chục tỷ USD.

Trên thực tế, không một quốc gia nào, dù hùng mạnh đến mấy có thể hoàn toàn độc lập xây dựng hệ sinh thái bán dẫn hoàn chỉnh. Bởi thế, “chưa có quốc gia nào có thể mạnh dạn nói rằng mình nắm được chiến thắng trong cuộc đua bán dẫn toàn cầu”. Do đó, các nước vẫn duy trì sự hợp tác để củng cố chuỗi cung ứng. Thúc đẩy toàn cầu hóa trong sản xuất chất bán dẫn và chip bán dẫn vẫn là những ưu tiên trong bối cảnh địa chính trị phức tạp ngày nay.