Tham vọng trở lại vị thế siêu cường bán dẫn của Nhật đang dựa vào một startup

Thanh Thúy

Well-known member
Vào cuối cuộc họp Zoom lần thứ 138, nhóm chuyên gia hàng đầu của Nhật Bản về công nghệ quan trọng nhất thế giới hiện nay cuối cùng đã lên được kế hoạch: là bản thiết kế cho sự trở lại của lĩnh vực mà nước này đã từng có vị thế hàng đầu cách đây hơn nửa thế kỷ.

Dự án bí mật đó, được trình lên thủ tướng nước này vào năm 2020, được thiết kế để tạo ra, từ hư không, một nhà sản xuất chất bán dẫn hàng đầu thế giới. Nhật Bản từng là quốc gia dẫn đầu trong ngành công nghiệp trị giá 600 tỷ đô la này nhưng đã nhường vị trí đó cho các đối thủ ở Hoa Kỳ, Hàn Quốc và Đài Loan. Bây giờ, Nhật Bản muốn giành lại vương miện của mình.

“Tôi đã giải thích với [thủ tướng Shinzo Abe-san] rằng đây là dự án quan trọng nhất đối với Nhật Bản kể từ thời Minh Trị,” Atsuyoshi Koike, một giám đốc điều hành kỳ cựu trong ngành chip, người đứng đầu nhóm, cho biết, ám chỉ đến kỷ nguyên chuyển đổi vào thế kỷ 19 đã đưa đất nước này vào thế giới hiện đại.

Bản thiết kế đó đã hình thành nên Rapidus, công ty đã huy động được hàng tỷ đô la từ cả chính phủ, các doanh nghiệp và ngân hàng hàng đầu của Nhật Bản.

Với Koike là giám đốc điều hành, đây là một trong những công ty khởi nghiệp thâm dụng vốn nhất thế giới và là một trong những khoản cược công nghệ rủi ro nhất mà chính phủ Nhật Bản từng đặt ra.


1733387764620.png

Atsuyoshi Koike, giám đốc điều hành của Rapidus, đang tìm cách bắt đầu sản xuất hàng loạt các con chip tiên tiến trong vòng vài năm tới.
Cốt lõi của dự án Rapidus là nỗ lực chứng minh rằng chip tùy chỉnh có thể được sản xuất hiệu quả và có lãi với số lượng nhỏ thay vì hàng loạt, một ý tưởng đảo ngược lại quan niệm thông thường về sản xuất chất bán dẫn tiên tiến.

Khoảng 90% chip tiên tiến trên thế giới được sản xuất bởi công ty sản xuất chất bán dẫn Đài Loan TSMC. Mô hình của công ty này liên quan đến hoạt động ở quy mô lớn với chi phí vốn khổng lồ. Nếu Rapidus thành công, nó sẽ thách thức cả về mặt kinh tế và địa lý của ngành.

"Kể từ khi TSMC được Morris Chang thành lập vào năm 1987, mọi thứ đều xoay quanh quy mô và Rapidus thực sự là thứ mà chưa ai từng thử trước đây. Nếu họ thành công, tôi nghĩ rằng đó sẽ là một bước ngoặt", David Dai, nhà phân tích bán dẫn tại Hồng Kông của Bernstein cho biết.

Trong ba năm kể từ cuộc gọi Zoom cuối cùng đó, Rapidus đã chuyển từ ý tưởng thành hiện thực. Một nhà máy cực kỳ tốn kém đang mọc lên từ những cánh rừng của Hokkaido, cách trụ sở chính của Rapidus tại Tokyo 900km về phía bắc.

Vào tháng 12 này, Rapidus sẽ tiếp nhận một máy quang khắc cực tím (EUV) từ nhà sản xuất Hà Lan ASML, thiết bị rất quan trọng để sản xuất chip hai nanomet mà công ty này có dự địn sản xuất thử nghiệm từ tháng 4 năm tới.


1733387832913.png

Nhà máy cực kỳ tốn kém của của Rapidus đang mọc lên từ những cánh rừng của Hokkaido.
Nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch, sản xuất hàng loạt sẽ bắt đầu vào năm 2027.

Nhưng các nhà phân tích, đối thủ cạnh tranh và giám đốc điều hành trong ngành vẫn còn hoài nghi sâu sắc về khả năng Rapidus thực sự biến công nghệ chưa được thử nghiệm của mình thành công.

Konrad Young, một giáo sư đã nghỉ hưu tại TSMC vào năm 2018 sau hơn 20 năm, gọi nỗ lực của Rapidus là đi thẳng vào sản xuất chip 2nm tiên tiến nhất là một "ý tưởng nực cười".

Giáo sư này cho rằng chi phí sản xuất các chip cao cấp 2 nanomet với số lượng nhỏ sẽ cực kỳ cao và không có những khách hàng nào có thể chịu được. "Tôi không nghĩ Nvidia sẽ bận tâm. Chi phí sẽ cao hơn nhiều. Liệu đó có phải là các công ty Nhật Bản không? Không ai ở Nhật Bản có thể sử dụng chip 2nm đó, nó quá đắt", ông nói. "Vậy còn ai nữa? Đó là vì vẻ đẹp của nghiên cứu khoa học sao? Đôi khi Nhật Bản sẽ nghĩ theo cách đó".

Chính phủ Nhật Bản cũng sẽ bị ảnh hưởng nếu dự án thất bại. Chính phủ Nhật đã cam kết 920 tỷ yên cho Rapidus và vào tháng 11 đã công bố một gói 10 nghìn tỷ yên (65 tỷ USD) cho ngành công nghiệp trí tuệ nhân tạo và chất bán dẫn trong 7 năm tới, có thể bao gồm các quỹ sẽ tăng gấp đôi sự hỗ trợ của nhà nước cho Rapidus. Công ty này cũng đang tìm hiểu các khoản bảo lãnh cho vay tiềm năng để thu hút thêm đầu tư tư nhân.

Yoshihiro Seki, một chính trị gia cấp cao trong đảng Dân chủ Tự do cầm quyền, cho biết ông không thể nhớ được thời điểm nào mà chính phủ lại tập trung vào một công nghệ duy nhất như vậy.

“Khi nói đến công nghệ công nghiệp tiên tiến, việc trao hàng chục tỷ yên cho một công ty duy nhất là đặt toàn bộ sức mạnh của chúng tôi vào đó”, ông nói. “Không còn lựa chọn nào khác ngoài việc tạo ra một hệ thống để bằng cách nào đó biến Rapidus thành công”.

Nhật Bản đang đánh cược như vậy vì tiềm năng lợi nhuận. Bên cạnh lợi nhuận và đầu tư khổng lồ cho Nhật Bản, Rapidus có thể mở ra một viễn cảnh hoàn toàn mới cho sản xuất chip tiên tiến, cho phép các công ty và quốc gia mới tham gia vào ngành.

Nó cũng có thể làm dịu đi một trong những vấn đề địa chính trị quan trọng của thời đại: sự tập trung chuyên môn sản xuất tại Đài Loan.

Theo nhiều tiêu chuẩn, Nhật Bản hoàn toàn có thể thực hiện nỗ lực này. Vào cuối những năm 1980, "Nhật Bản thống trị ngành sản xuất chất bán dẫn thế giới với hơn 50% thị phần", Dai nói. "Ngày nay chỉ còn 15%".


1733388002474.png

Quy mô thị trường bán dẫn AI toàn cầu
Ngành công nghiệp này hiện do Hàn Quốc, Hoa Kỳ và Đài Loan thống trị. Koike, người từng là chủ tịch của Western Digital Japan, và những người khác đổ lỗi cho sự kiêu ngạo của các nhà hoạch định chính sách Nhật Bản và sự bất lực của các công ty trong việc thích nghi và hợp tác. Nhưng Nhật Bản cũng bị Hoa Kỳ, quốc gia muốn xây dựng ngành công nghiệp của riêng mình, và Hàn Quốc, quốc gia đang săn đón các kỹ sư, đánh bại.

Nhưng Nhật Bản vẫn là nơi có nguồn chuyên môn sâu rộng và sự thống trị trong lĩnh vực kinh doanh công cụ và thiết bị bán dẫn. Các lực lượng địa chính trị hiện cũng đang liên kết với nhau. Trong một sự đảo ngược trớ trêu, Hoa Kỳ và các đồng minh của họ rất muốn Nhật Bản xây dựng một đối trọng với TSMC, công ty đang có vị thế thống trị trong chuỗi cung ứng chip và cũng trở thành trung tâm của các căng thẳng địa chính trị giữa Hoa Kỳ và Trung Quốc.

Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp hùng mạnh của Nhật Bản (Meti) cũng đã nới lỏng chính sách kéo dài nhiều thập kỷ nhằm tạo ra một hệ sinh thái bán dẫn hoàn chỉnh tại quốc gia này, với Rapidus là chốt chặn.

"Chúng tôi không chỉ muốn tạo ra các công ty Nhật Bản mạnh mẽ, chúng tôi muốn năng lực công nghiệp phải ở Nhật Bản, bất kể ai sở hữu nó", một quan chức cấp cao của Meti cho biết. "Có lẽ đó là điều mà chúng tôi khó có thể nói ra cách đây 20 năm".

Đây không phải là nỗ lực đầu tiên của Koike nhằm khôi phục sức mạnh chip của Nhật Bản. Năm 2000, ông đã thành lập một liên doanh giữa Hitachi của Nhật Bản và United Microelectronics, một tập đoàn Đài Loan tiên phong trong mô hình đúc chip độc lập theo hợp đồng cho các công ty khác.

Mặc dù thành công ban đầu, công ty đã thất bại, Koike cho biết, do cùng một tình thế tiến thoái lưỡng nan mà Samsung của Hàn Quốc và Intel của Mỹ đang phải đối mặt ngày nay: các hoạt động kinh doanh cốt lõi của họ là thiết kế và phát triển chất bán dẫn khiến họ phải cạnh tranh với khách hàng về các xưởng đúc của mình.

Tuy nhiên, tham vọng của ông đã được khơi dậy vào mùa hè năm 2020 sau khi Tetsuro Higashi — một người bạn lâu năm và cựu giám đốc điều hành của Tokyo Electron — nhận được một cuộc gọi từ IBM.

Higashi được thông báo rằng gã khổng lồ máy tính của Hoa Kỳ đang cố gắng giảm sự phụ thuộc vào các đối tác hiện tại — bao gồm cả Samsung — và tìm cách sản xuất chip 2nm mới được thiết kế tại Nhật Bản. Higashi, hiện là chủ tịch của Rapidus, đã đưa đề xuất này cho Koike và trước khi kết thúc năm 2020, các cuộc gọi Zoom đầu tiên đã bắt đầu.


1733388043180.png

Nhà máy đang xây dựng của Rapidus ở Nhật
Ngày nay, hy vọng thành công của Rapidus và Nhật Bản phụ thuộc vào hai đề xuất gây tranh cãi cao. Đầu tiên là thị trường AI đang tăng mạnh có nghĩa là sẽ có đủ nhu cầu từ các khách hàng nhỏ hơn đối với các chip sử dụng chuyên dụng có thể tùy chỉnh — các thiết kế riêng ưu tiên hiệu quả và có thể vượt trội hơn các chip chung hơn, chẳng hạn như chip do Nvidia sản xuất, trong các tác vụ cụ thể.

Rapidus tin rằng những khách hàng như vậy sẽ trả thêm tiền cho tốc độ sản xuất và vì họ không thể có được công suất cần thiết từ TSMC, công ty đang bận rộn với các đơn đặt hàng lớn hơn. Rapidus cho rằng họ có thể giành được 10% trong số những gì họ ước tính là thị trường đúc trị giá 90 tỷ đô la.

Cược thứ hai, gây tranh cãi hơn, là họ có thể từ chối tiền đề cốt lõi của ngành là sản xuất hàng loạt quy mô lớn — in hàng trăm tấm wafer cùng một lúc — để ủng hộ quy trình wafer đơn nhanh hơn nhiều.

Koike tuyên bố rằng việc sản xuất các tấm wafer silicon riêng lẻ, lần lượt và ở tốc độ cao, tạo ra dữ liệu có thể cải thiện hiệu quả theo thời gian thực. Điều này làm tăng chất lượng, tính nhất quán và tăng "tỷ lệ năng suất" — tỷ lệ phần trăm chip được sản xuất được coi là có thể giao cho khách hàng.

"Trong tương lai, khái niệm wafer đơn sẽ là chìa khóa. Đó là lý do tại sao chúng tôi có thể thay đổi mọi thứ”, ông tuyên bố. Rapidus cũng sẽ sử dụng cái gọi là bao bì tiên tiến để cải thiện hiệu suất bằng cách tích hợp nhiều chip chặt chẽ hơn với nhau để tăng tốc độ và hiệu quả.

Koike cho biết Rapidus sẽ tự hào có “tổng thời gian chu kỳ ngắn nhất thế giới”, nghĩa là tổng thời gian cần thiết để xử lý một tấm wafer trong một nhà máy chế tạo. Và ông nghĩ rằng mình có thể đạt được tỷ lệ năng suất lên tới 90% trong vòng một năm.

“Thông thường phải mất đến một năm để đạt được năng suất 30% và bắt đầu sản xuất. Nhưng tốc độ của chúng tôi nhanh đến mức chúng tôi có thể dễ dàng đạt được năng suất 50% khi bắt đầu sản xuất”, ông dự đoán. “Trong vòng một năm, chúng tôi có thể đạt được 80 đến 90%. Chìa khóa là làm thế nào để tạo ra phản hồi nhanh chóng”.

Rapidus có một số thực tế khắc nghiệt. Seki, chính trị gia Nhật Bản, tin rằng “vấn đề lớn nhất đối với Rapidus là con người”. Mặc dù các kỹ sư đã rời khỏi đất nước trong những thập kỷ qua đang bị săn đón trở lại, nhưng vẫn thiếu hụt nghiêm trọng lao động có tay nghề trong lực lượng lao động vốn đã chịu áp lực từ dân số già hóa.

Seki cho biết “Bạn có thể có tiền, luật pháp và cơ cấu nhưng liệu Rapidus có thể đảm bảo được những thiên tài và chuyên gia để thực hiện phát triển hay không — đây chính là thách thức lớn nhất của chúng tôi”.

Không có hệ sinh thái nhà cung cấp nào hiện có ở Hokkaido và khoảng cách từ Tokyo có nghĩa là việc thu hút nhân tài có thể khó khăn. Rapidus cho biết họ đang hợp tác với các học viện địa phương như Đại học Hokkaido để bắt đầu đào tạo công nhân mới.

Theo các giám đốc điều hành và nhà phân tích trong ngành, vấn đề cơ bản nhất là Rapidus đang cố gắng nhảy thẳng lên 2nm, công nghệ tiên tiến nhất, thứ mà hiện chỉ TSMC mới có thể đưa vào sản xuất hàng loạt.

"Tôi nghĩ là không hiệu quả. Ở cấp độ 2nm, chỉ TSMC mới có thể làm được điều đó", một giám đốc điều hành cấp cao tại một công ty bán dẫn Nhật Bản cho biết. "Intel không thể làm được và Samsung vẫn chưa thể thực hiện thành công — vậy thì làm sao Rapidus có thể mong đợi bắt kịp trong thời gian ngắn như vậy?"

Con chip tiên tiến nhất hiện đang được sản xuất tại Nhật Bản là biến thể 40nm do TSMC sản xuất tại các nhà máy được Nhật Bản trợ cấp, và lịch sử gần đây của ngành sản xuất chất bán dẫn đầy rẫy các đối thủ của TSMC bỏ cuộc đua phát triển và thương mại hóa công nghệ quy trình tiên tiến.

Vào đầu những năm 2000, lĩnh vực này đã thu hẹp từ hàng trăm xuống còn hơn 20 nhà sản xuất. Kể từ đó, một số công ty khác đã từ bỏ mọi thế hệ công nghệ quy trình mới, chỉ còn lại TSMC, Samsung và Intel.

Rapidus cho biết quan hệ đối tác với IBM, công ty đã phát triển công nghệ chính cho chip 2nm, mang lại cho công ty niềm tin rằng họ có thể thành công khi những công ty khác đã thất bại. Nhà phân tích Damian Thong của Macquarie cho biết: "Tôi nghĩ Rapidus là một công ty khởi nghiệp rất tốn kém". "Chúng tôi không chắc chắn liệu thị trường mà họ muốn tiếp cận có đủ quy mô mà họ cần hay không hoặc liệu mô hình tiếp cận thị trường của họ có thực sự hiệu quả hay không".

Một giám đốc điều hành của TSMC cho biết Rapidus không phải là đối thủ cạnh tranh. "Họ không thực sự quan tâm đến doanh nghiệp hay biên lợi nhuận — họ giống như một lò ấp hơn".

Thách thức lớn khác mà Rapidus phải đối mặt là nguồn tài trợ khổng lồ cần thiết để phát triển công nghệ sản xuất mới và xây dựng nhà máy.

Theo công ty tư vấn Bain & Company, chi phí phát triển mỗi thế hệ chip mới đã tăng vọt từ khoảng 1 tỷ đô la - 1,5 tỷ đô la ở công nghệ 28nm lên 6 tỷ đô la ở công nghệ 3nm. Cho đến nay, Rapidus chỉ đảm bảo được 20 phần trăm trong số 5 nghìn tỷ yên mà họ cho biết cần để đưa vào sản xuất hàng loạt và với mỗi tháng phát triển trôi qua, thách thức thu hồi vốn đầu tư ngày càng tăng.

"Mọi người trả phí bảo hiểm khi bạn là người đầu tiên trên một nút. Bạn tụt lại một chút và bạn không bắt kịp", Peter Hanbury, đối tác tại Bain tập trung vào sản xuất công nghệ và chất bán dẫn, cho biết.

Điều đó có nghĩa là kế hoạch đạt được sản xuất hàng loạt vào năm 2027 của Rapidus tự nó là một rủi ro, vì khả năng công nghệ sẽ không còn tiên tiến vào thời điểm ra mắt. Nếu điều đó xảy ra, nó có thể chứng tỏ là một sự xấu hổ tốn kém cho chính phủ.

"Có một câu hỏi là Nhật Bản nên đi bao xa trong việc cung cấp hỗ trợ tài chính", Seki thừa nhận.

Mặc dù có rất nhiều câu hỏi về Rapidus và tham vọng của công ty, một số người trong ngành tin rằng nó có thể thành công.

"Lúc đầu, tôi thực sự hoài nghi. Nhưng khi tôi thấy nhiều thứ hơn, tôi kiểu như, 'Được rồi, OK . . . họ đang nhận được những thứ mới nhất và tuyệt vời nhất từ mọi người và có những lợi ích khi có một bảng công nghệ sạch'", Douglas Lefever, giám đốc điều hành của Advantest Nhật Bản, nhà cung cấp máy kiểm tra chip lớn nhất thế giới, cho biết.

Quan chức cấp cao của Meti tin rằng "cho đến nay, quá trình phát triển công nghệ đang diễn ra tốt đẹp và tốt hơn mong đợi ở một số khía cạnh".

Một giám đốc điều hành cấp cao khác của một công ty Nhật Bản trong ngành bán dẫn cho biết ông nghĩ Rapidus sẽ có thể sản xuất chip 2nm — nhưng không chắc liệu công ty có thể giảm chi phí đơn vị đủ xa để tính toán hiệu quả cho khách hàng hay không.

Mặc dù không đưa ra mục tiêu cụ thể, Koike vẫn tự tin đạt được chi phí "có tính cạnh tranh" với TSMC, một phần vì Rapidus sẽ không phải lưu trữ nhiều hàng tồn kho. Koike cho biết thêm, những minh chứng đầu tiên về thành công hay thất bại của Rapidus sẽ diễn ra vào tháng 7, vài tháng sau khi các thử nghiệm của ông bắt đầu.

Nếu ông có thể chứng minh rằng các lý thuyết của mình có hiệu quả trong thực tế, Rapidus có thể tiếp tục mở rộng cơ sở ở Hokkaido. Những người hiểu rõ vấn đề này cho biết điều đó có thể liên quan đến các máy EUV đắt tiền hơn và khả năng công ty sẽ chào bán cổ phiếu lần đầu ra công chúng. Koike cho biết ông muốn cố gắng thu hút thêm nhiều nhà đầu tư trước khi cân nhắc IPO và sẽ không đưa ra ngày cụ thể.

Nhưng mặc dù ông từ chối chấp nhận thất bại, những người khác trên thị trường đang tự hỏi điều gì sẽ xảy ra nếu công ty không thực hiện đúng lời hứa của mình. Liệu Nhật Bản vẫn có được hệ sinh thái bán dẫn mà họ khao khát mà không cần Rapidus?

Một điều chắc chắn là ngay cả khi Rapidus thất bại, vẫn sẽ có một nhà máy chế tạo cực kỳ có giá trị được rao bán ở Hokkaido — mục tiêu chính của nhiều công ty.

Và ngay cả với tất cả những lợi thế của mình, vẫn không có gì đảm bảo rằng Nhật Bản có thể đột phá vào hàng ngũ đầu tiên về sản xuất chip. Một chuyên gia trong ngành có trụ sở tại Tokyo cho biết: "Điều mà thế giới phải hỏi là nếu Nhật Bản không thể làm điều này ngay bây giờ thì ai có thể?"
 
Bên trên