Intel, Samsung và TSMC: Cuộc đua tạo ra con chip 2nm đầu tiên đang diễn ra rất nóng

[0707171758]

Ba tập đoàn gia công bán dẫn hành dầu thế giới đang chạy đua để sản xuất được con chip đầu tiên dựa trên tiến trình 2nm. Mỗi hãng sẽ có một công nghệ và quy trình gia công riêng biệt, nên 2nm chỉ là tên gọi chung của tiến trình cũng như xu hướng phát triển của ngành bán dẫn. Từ thời điểm nghiên cứu xong tới khi chúng ta đi hết chặng đường thập niên 2020, có lẽ đây sẽ chính là tiến trình được dùng để sản xuất những chip xử lý trong máy tính, điện thoại, chip máy chủ và cả chip xử lý AI mạnh nhất.

Hiện giờ, các nhà phân tích thị trường công nghệ nói chung và bán dẫn nói riêng vẫn coi TSMC là cái tên đang dẫn đầu cuộc đua tam mã. Nhưng cùng lúc, Samsung và Intel cũng đã xác định được những chiến lược và công nghệ kế tiếp của ngành, rồi xác định cách để thu gọn khoảng cách giữa họ với TSMC.

Tua nhanh vài chục năm ngành bán dẫn phát triển, mục tiêu luôn luôn là tạo ra những con chip với khoảng cách của những transistor càng ngày càng sát nhau, rồi những con chip càng lúc càng nhỏ. Kích thước và khoảng cách từng transistor càng nhỏ, thì xung nhịp của chip càng cao, tiêu thụ điện năng càng giảm. Như đã nói, “2 nano mét” chỉ đơn thuần là cách gọi ngắn gọn dễ hiểu của những thế hệ tiến trình gia công bán dẫn mới, chứ cũng không phải kích thước thực sự của từng chi tiết trên mỗi die chip silicon.

Bất kỳ công ty nào tạo ra được lợi thế kỹ thuật trong tiến trình gia công bán dẫn thế hệ mới chắc chắn sẽ có tiềm năng thống trị thị trường với giá trị lên tới 500 tỷ USD trong năm 2024. Thậm chí dự báo này còn có thể tăng mạnh hơn so với những con số ước tính trước đó, vì tình hình thị trường chip xử lý AI đang bùng nổ, nhu cầu thị trường đang rất cao, khi tập đoàn lớn nào cũng muốn trang bị những data center để vận hành những giải pháp AI tạo nội dung như chatbot chẳng hạn.



Hai nguồn tin thân cận với Samsung Foundry vừa đưa ra thông tin nói rằng nhà sản xuất bán dẫn Hàn Quốc đang có kế hoạch giảm giá gia công chip 2nm, để thu hút những đối tác và khách hàng tiềm năng lựa chọn Samsung thay vì TSMC. Những cái tên đó bao gồm cả Nvidia và Qualcomm. Nhà phân tích James Lim của quỹ đầu tư Dalton Investments cho rằng: “Samsung coi tiến trình 2nm là thứ có thể thay đổi cuôc chơi. Nhưng những người khác thì vẫn nghi ngờ về khả năng gia công của Samsung, chưa rõ liệu nó có tốt hơn TSMC hay không.”

Cựu vương của ngành bán dẫn, Intel cũng đã đưa ra những tuyên bố khá tự tin, về khả năng sản xuất những chip xử lý thế hệ mới vào cuối năm 2024 tới. Nếu họ làm được, Intel sẽ trở lại dẫn đầu thị trường, vượt qua tốc độ nghiên cứu phát triển tiến trình bán dẫn của hai đối thủ cạnh tranh lớn nhất là TSMC và Samsung. Đương nhiên, nghi hoặc vẫn tồn tại về hiệu năng thực sự của những con chip được sản xuất trên tiến trình Intel 20A và 18A. Thậm chí liệu Intel có kịp “chạy” qua 5 tiến trình trong vòng 4 năm, từ Intel 7, 4, 3, 20A đến 18A vào cuối năm 2024 hay không cũng lại là một điều không một ai dám khẳng định chắc chắn.

Về phần đơn vị đang dẫn đầu thị trường bán dẫn hiện tại, TSMC, họ đã cho biết tiến trình N2 sẽ đi vào gia công sản phẩm thương mại vào đầu năm 2025, với những sản phẩm chip dành cho điện thoại, đương nhiên dành cho khách hàng lớn nhất của họ, Apple. Rồi kế đến những chip xử lý dành cho máy tính cá nhân và chip dành cho máy chủ sản xuất trên tiến trình 2nm sẽ lần lượt ra mắt sau. Tháng 9 vừa rồi, A17 Pro trên hai chiếc iPhone 15 Pro và Pro Max chính là chip xử lý thương mại đầu tiên được gia công trên tiến trình 3nm.

Thử thách chuyển đổi thế hệ chip xử lý, hay còn gọi là tiến trình, càng lúc càng trở nên khó khăn khi kích thước của những transistor, cũng như khoảng cách giữa các transistor với nhau càng lúc càng nhỏ, vì thế luôn luôn có khả năng xảy ra những rắc rối khiến TSMC không giữ được vị thế như hiện giờ. Trước đó, TSMC đã chia sẻ với tới Financial Times rằng tiến trình gia công N2 của họ “đang tiến triển thuận lợi, kịp đi vào giai đoạn sản xuất thương mại vào năm 2025, và sẽ là công nghệ bán dẫn tốt nhất thế giới, cả về mật độ transistor lẫn hiệu năng tiết kiệm điện.”

Lucy Chen, phó chủ tịch Isaiah Research thì đưa ra quan điểm rằng, tốt và tiết kiệm điện sẽ đồng nghĩa với việc chi phí để chuyển giao từ tiến trình cũ sang tiến trình mới sẽ tăng vọt, còn hiệu năng xử lý của những con chip thì sẽ không tạo ra được cải thiện lớn như những lần chuyển đổi tiến trình khác trong vòng 20 năm trở lại đây. Theo cô Chen, nhanh chóng chuyển sang tiến trình gia công chip bán dẫn mới giờ không còn là mục tiêu hàng đầu trong mắt các nhà phát triển chip xử lý cũng như các nhà sản xuất thiết bị công nghệ nữa.

Cũng phải nhắc lại, hai năm nữa những con chip 2nm thương mại đầu tiên mới ra mắt. Và những vấn đề giống như tiến trình 3nm TSMC, ví dụ như tỷ lệ chip đạt chuẩn không cao chắc chắn sẽ khiến các tập đoàn công nghệ dè dặt với việc chuyển tiếp sang tiến trình mới, ngay ở cái thời điểm TSMC, Samsung hay Intel bắt đầu nhận đơn hàng gia công chip công nghệ mới.
QUẢNG CÁO

Samsung, với kiến trúc transistor mới mang tên GAA (Gate-All-Around), đang có lợi thế để cải thiện thị phần 25% tổng doanh số thị trường chip bán dẫn cao cấp toàn cầu mà họ đang nắm giữ. TSMC đương nhiên vẫn đứng thứ nhất, với tỷ lệ đáng nể, 66%. Đã bắt đầu có những nguồn tin nói rằng Qualcomm đang cân nhắc lựa chọn tiến trình SF2 của Samsung để gia công những chip Snapdragon thế hệ mới cho cả smartphone lẫn máy tính cá nhân. Nếu điều này xảy ra, thì Qualcomm chỉ trong vài năm đã quay xe tận 2 lần. Trước đó họ đã phải rời bỏ Samsung với tiến trình 4nm, để về với TSMC, nhờ đơn vị này gia công những SoC mạnh nhất trên điện thoại Android.

Samsung tuyên bố như thế này: “Chúng tôi đủ khả năng và tiềm lực để đưa tiến trình SF2 vào sản xuất thương mại trong năm 2025. Vì là đơn vị đầu tiên ứng dụng kiến trúc transistor GAA từ tiến trình SF3, nên chúng tôi kỳ vọng bước chuyển từ SF3 sang SF2 sẽ tương đối suôn sẻ.”

Vẫn còn đó câu chuyện và những lo ngại xoay quanh tỷ lệ chip đạt chuẩn đối với tiến trình 3nm của Samsung vẫn còn đó. Đấy là lý do dù Samsung sản xuất thương mại chio 3nm trước tiên, nhưng sản phẩm bán ra thị trường, đến tay người tiêu dùng đầu tiên vẫn cứ là con chip iPhone do TSMC gia công. Bất chấp việc Samsung liên tục có những tuyên bố nói rằng tỷ lệ chip đạt chuẩn trên tiến trình 3nm của họ đã được cải thiện, những nguồn tin đồn vẫn nói rằng con số này hiện giờ mới chỉ đạt ngưỡng 60%, thấp hơn nhiều so với kỳ vọng của khách hàng. Khi sản xuất những chip xử lý thực sự phức tạp, như Apple A17 Pro hay GPU của Nvidia, tỷ lệ này chắc chắn còn thấp hơn.

Giáo sư Lee Jong-hwan, chuyên ngành kỹ sư hệ thống bán dẫn của đại học Sangmyung, Seoul, Hàn Quốc còn cho biết thêm, Samsung hiện giờ đang phải đối mặt với một vấn đề, đó là bản thân mảng smartphone và chip xử lý smartphone của tập đoàn này đang là đối thủ cạnh tranh trực tiếp và gay gắt của chính những tập đoàn công nghệ Samsung đang muốn lôi kéo về, để Samsung Foundry trở thành đơn vị gia công bán dẫn cho họ: “Kết cấu tập đoàn của Samsung khiến nhiều khách hàng tiềm năng e dè, vì sợ sẽ bị rò rỉ hoặc bị ăn cắp bí mật kinh doanh và thiết kế chip.”


Samsung có SF2, Intel có 18A, còn TSMC và CEO CC Wei không tỏ ra lo lắng cho lắm. Hồi tháng 10, vị CEO này đưa ra tuyên bố rằng chip 3nm của TSMC có hiệu năng, mật độ transistor và tiêu thụ điện năng ngang ngửa với tiến trình 18A của Intel, dự kiến phải cuối 2024 mới đi vào sản xuất thương mại.

Một yếu tố nữa cần kể đến là những vấn đề liên quan tới địa chính trị thế giới. Samsung và Intel đương nhiên có cơ hội được hưởng lợi từ việc các tập đoàn công nghệ lớn nhất hành tinh tìm cách giảm phụ thuộc vào TSMC, vì những rắc rối và áp lực ở đảo Đài Loan. Tháng 7 vừa rồi, tiến sĩ Lisa Su, CEO AMD cũng từng tuyên bố rằng tập đoàn có thể sẽ tìm kiếm những dịch vụ gia công bán dẫn khác.

Với những yếu tố địa chính trị, sẽ là dễ hiểu khi đưa ra dự đoán rằng tiến trình 2nm có thể sẽ được chia đều cho cả TSMC, Samsung và Intel, dựa vào khả năng vận hành của những con chip và tỷ lệ chip đạt chuẩn của từng tiến trình. Nhưng cùng lúc, cũng có quan điểm cho rằng, tình hình thế giới hiện tại vẫn còn chưa rõ ràng, chưa thể kết luận được ảnh hưởng của chúng đối với sự thống trị ngành bán dẫn cao cấp của TSMC được.