Con đường tự chủ sản xuất chip của Trung Quốc, từ gian nan đến quả ngọt đầu tiên

Thời gian qua, Trung Quốc vốn đã dồn mọi nỗ lực để tăng cường khả năng tự cung tự cấp công nghệ, đặc biệt là trong ngành bán dẫn. Thế nhưng, cuộc chiến thương mại Mỹ - Trung đã gián tiếp kích hoạt thêm cho quá trình này càng thêm cấp tốc.

Lệnh cấm siết chặt từ Mỹ mở ra con đường tự chủ ngành chip cho Trung Quốc

Trong hai thập niên qua, Trung Quốc đã đầu tư lớn để xây dựng ngành công nghiệp chip của riêng mình, song các nhà sản xuất điện thoại thông minh và công nghệ của nước này vẫn phụ thuộc nhiều vào Mỹ, châu Âu và Đài Loan để tiếp cận được các linh kiện tiên tiến nhất.

Hầu hết các thiết bị được sử dụng để sản xuất chip máy tính cao cấp thuộc độc quyền toàn cầu của Mỹ. Hơn 80% quy trình sản xuất và thiết kế chip như khắc, cấy ion, lắng đọng điện hóa, phần mềm thiết kế và kiểm tra wafer đều nằm trong tay các công ty Mỹ.

Mọi thứ gần như sụp đổ với Huawei – một hãng công nghệ lớn của Trung Quốc khi Cựu Tổng thống Mỹ Donald Trump lúc đương nhiệm đã ra lệnh cấm Huawei tiếp cận với thị trường chip xử lý và một số công nghệ khác của Mỹ vào năm 2019, trong một nỗ lực nhằm kiềm chế tham vọng phát triển công nghệ của Bắc Kinh. Sau đó, ông tiếp tục siết chặt các hạn chế bằng cách yêu cầu các xưởng đúc toàn cầu như TSMC sử dụng công nghệ của Mỹ để sản xuất chip phải có giấy phép trước khi vận chuyển các linh kiện này cho Huawei. Điều này bao gồm cả việc vận chuyển chip do chính Huawei thiết kế cho công ty.

Kể từ khi mất khả năng mua chất bán dẫn tiên tiến, Huawei đã chứng kiến sự sụt giảm đáng kể trong ngành hàng điện thoại. Điều này khiến Huawei từ vị thế là nhà cung cấp điện thoại thông minh số 1 thế giới vào đầu năm 2020 nhanh chóng bị loại khỏi top 5 thương hiệu điện thoại thông minh bán chạy nhất thế giới.

Từ đó, ý thức được hệ quả từ lệnh cấm khắc nghiệt này, Chính phủ Trung Quốc đã dần đề ra các giải pháp khẩn trương mới, với mong muốn tự chủ về mặt sản xuất chip, hạn chế sự phụ thuộc vào Mỹ, Châu Âu hay cả Đài Loan.

Các công ty Trung Quốc liên kết, tìm lối thoát để tự chủ nguồn chip

Vào đầu năm 2021, một cuộc triển lãm mang tầm thế giới về chất bán dẫn Semicon 2021 diễn ra tại Thượng Hải đã đưa ra những số liệu cho thấy, chưa bao giờ Trung Quốc lại thiếu chip cho sản xuất như tình trạng hiện tại. Hiện nay, sản xuất trong nước chỉ mới đáp ứng được 20% nhu cầu chip cho điện thoại thông minh, điện tử, xe điện, trí tuệ nhân tạo AI. Chủ tịch Hiệp hội chất bán dẫn Trung Quốc cho rằng, chỉ có hợp tác quốc tế là giải pháp duy nhất giải quyết sự thiếu hụt trầm trọng này trong ngắn hạn.

Trước khi tình hình được cải thiện từ những đầu tư mạnh mẽ cho công nghệ từ chính phủ thì các doanh nghiệp đã đẩy mạnh hợp tác để tìm lối ra. Các công ty ô tô Trung Quốc đã liên kết với nhau để thành lập các nhóm nghiên cứu đặc biệt để đối phó với tình trạng thiếu chip. GTA Semiconductor, một công ty trụ sở Thượng Hải đã đầu tư 5,7 tỷ USD để xây dựng các nhà máy sản xuất tấm wafer, chip trong ngành ô tô. Bởi muốn đổi mới công nghệ ô tô thì 90% phụ thuộc vào ngành chip.

SMIC – nhà sản xuất chip lớn nhất Trung Quốc cũng đã ký thỏa thuận hợp tác với Quỹ của chính quyền Thâm Quyến đầu tư 2,35 tỷ USD vào một nhà máy sản xuất tấm wafer. Nhà máy khi đưa vào hoạt động sẽ tập trung vào sản xuất các mạch tích hợp quy trình từ 28 nanomet trở lên. Chip 28 nanomet được sử dụng trong ngành ô tô, thiết bị gia dụng, giao thông vận tải và cả hàng không vũ trụ.

Không chỉ vậy, theo tờ Nikkei Asia, cứ mỗi tháng một lần, các giám đốc điều hành cấp cao của nhà sản xuất chip nhớ hàng đầu Trung Quốc Yangtze (YMTC) đều bay đến Bắc Kinh để tham dự một loạt cuộc họp với các cơ quan quản lý kinh tế hàng đầu của Trung Quốc. Họ tập trung vào nỗ lực của công ty này để có thể xây dựng các “mầm ươm” nhằm phát triển công nghệ chip bán dẫn cho Trung Quốc.

Đóng tại TP. Vũ Hán (Hồ Bắc) và ra đời vào năm 2016, Yangtze được coi là doanh nghiệp tiên phong phát triển ngành bán dẫn nội địa Trung Quốc, đã sản xuất hàng loạt chip nhớ flash NAND, được dùng cho nhiều loại thiết bị điện tử từ điện thoại thông minh (smartphone), máy chủ… đến ô tô. Do đó, chính quyền Bắc Kinh rất kỳ vọng các doanh nghiệp như Yangtze sẽ giúp Trung Quốc mong muốn xóa bỏ hoàn toàn lệ thuộc đối với các nhà cung cấp Mỹ trong ngành bán dẫn.

Trong chiến lược phát triển 5 năm tới (2021 – 2025), Trung Quốc xác định đầu tư mạnh cho công nghệ, nhất là sản xuất chip tiến tới tự chủ trong công nghệ bán dẫn. Khu Kinh tế – Công nghệ Bắc Kinh là một ví dụ, mỗi năm khu này sẽ được đầu tư hàng chục tỷ USD phát triển mạnh mẽ các ngành công nghiệp mới nổi như vi mạch tích hợp, 5G, điện toán đám mây, Big Data, trí tuệ nhân tạo và cả blockchain.

Với công nghệ bán dẫn, Trung Quốc tiếp tục huy động nguồn lực con người, vốn tự có để phát triển mạng lưới nghiên cứu, thiết kế và sản xuất chip thế hệ mới nhằm phá thế cô lập do Mỹ tạo ra. Chiến tranh thương mại với các nước phương Tây được xem là một lời nhắc nhở đối với giới lãnh đạo Trung Quốc rằng, nước này không thể phụ thuộc vào nhập khẩu mà phải phát triển công nghệ cốt lõi trong nước, và theo đuổi các bước nhảy vọt về công nghệ, đặc biệt là trong các ngành thiết yếu như thiết bị bán dẫn.

Trung Quốc cũng đã đề ra nhiều mục tiêu để hiện thực hóa tham vọng như: bồi dưỡng các đội ngũ nhân tài công nghệ nội địa, xây dựng các công ty công nghệ cao có ảnh hưởng toàn cầu để mở rộng hơn mô hình “chủ quyền mạng” nhằm kiểm soát chặt chẽ mạng Internet. Ngoài ra, còn đảm bảo cơ sở hạ tầng thông tin an toàn, tăng cường sự kiểm duyệt và giám sát của nhà nước trong không gian kỹ thuật số, xây dựng một nền kinh tế kỹ thuật số có quản lý và nâng cao năng lực an ninh mạng.

Thậm chí, Bắc Kinh còn đẩy mạnh xây dựng một đế chế “Trung Quốc kỹ thuật số” tiến tới hoàn thành tham vọng dẫn đầu thế giới về công nghệ của tương lai trong các lĩnh vực điện toán lượng tử, 5G, chất bán dẫn, công nghệ chuỗi khối (blockchain), dữ liệu lớn (big data), trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán đám mây (cloud computing) và robot.

Với mục đích đẩy nhanh kế hoạch tự chủ công nghệ, Ngân hàng Phát triển Trung Quốc cũng chuẩn bị hơn 60 tỷ USD vốn vay cho hơn 1.000 doanh nghiệp chủ chốt trong kế hoạch đổi mới chiến lược, đồng thời huy động được 30 tỷ USD cho một quỹ đầu tư vi mạch mới do chính phủ hậu thuẫn.

Vào tháng 3/2021, theo trang AP đưa tin, Bộ Tài chính Trung Quốc và các cơ quan khác có liên quan thông báo, các nhà sản xuất chip nước này có thể được miễn thuế nhập khẩu máy móc và các nguyên liệu thô phục vụ cho lĩnh vực này đến năm 2030.

Nhũng quả ngọt đầu tiên trong công cuộc tự chủ ngành bán dẫn

Trung Quốc trình làng chip GPGPU 7nm “cây nhà lá vườn” đầu tiên

Vào ngày 9/4/2021, Tianshu Zhixin Semiconductor, một liên doanh giữa Via Technologies và Chính quyền thành phố Thượng Hải đã trình làng chip GPGPU 7nm đầu tiên có xuất xứ từ Trung Quốc có tên là “Big Island”. Con chip to lớn này được cho là sẽ cạnh tranh với những đối thủ như NVIDIA A100 và AMD MI100 dùng trong các trung tâm dữ liệu.

Về mặt kỹ thuật, các GPGPU Big Island không được thiết kế để cạnh tranh với những chiếc card đồ họa chơi game NVIDIA RTX và AMD Radeon, thay vào đó, chúng hướng đến nhiệm vụ học máy, tính toán hiệu suất cao, nghiên cứu y tế cũng như bảo mật. (GPGPU – viết tắt của General-Purpose Computing on Graphics Processing Units) là mô hình chip khai thác GPU cho các ứng dụng không mang tính đồ họa.

Big Island được phát triển từ năm 2018 đến năm 2020 dựa trên tiến trình 7nm của TSMC cũng như quy cách đóng gói 2.5D CoWoS. Nó sử dụng interposer 65nm của TSMC với hơn 24 tỉ transistor. Giống như AMD và NVIDIA, Tianshu Zhixin đã trang bị cho chip GPGPU này bộ nhớ HBM2 32GB, băng thông 1,2TB/s và tương thích với tiêu chuẩn PCIe 4.0. Hiệu suất của GPGPUnày cũng khá ấn tượng, có thể đạt 147 Teraflops khi xử lý FP16, nằm giữa mức 78 Teraflops của NVIDIA A100 và 184,6 Teraflops của AMD MI100.

GPU 7nm đối đầu Nvidia và AMD

Tiếp đến vào tháng 6/2021, Biren Technology, công ty khởi nghiệp của Trung Quốc chuyên thiết kế GPU và bộ tăng tốc cũng được cho là đang phát triển một GPU 7nm mới cạnh tranh với các GPU trung tâm dữ liệu 5nm thế hệ tiếp theo của Nvidia. GPU (Graphic Processing Unit) có chức năng như một bộ vi xử lý riêng của card tăng tốc đồ họa, có khả năng và sức mạnh xử lý tất cả mọi vấn đề có liên quan tới hình ảnh của máy tính.

Theo Neowin, giám đốc công nghệ kiêm kiến trúc sư trưởng của Biren Technology Mike Hong thông báo với giới truyền thông Trung Quốc rằng, GPU 7nm mới của công ty đang tiến triển rất tốt và dự kiến sẽ ra mắt trong năm 2021. GPU này đang được thiết kế như một bộ tăng tốc để xử lý khối lượng công việc HPC và AI/ML ở mức hiệu năng cao, trong khi vẫn đảm bảo được độ ổn định. Công ty tự tin về hiệu suất GPU 7nm mới và cho rằng có thể cạnh tranh với GPU 5nm dựa trên vi kiến trúc Ada Lovelace thế hệ tiếp theo của Nvidia.

SMIC nổi lên nhờ nhu cầu nội địa tăng mạnh

Đầu tháng 8/2021, nhà sản xuất chip theo hợp đồng hàng đầu của Trung Quốc, Semiconductor Manufacturing International Corp (SMIC) cho biết, nhu cầu trong nước mạnh mẽ đang giúp họ mang lại thu nhập cao bất chấp lệnh hạn chế quyền tiếp cận của công ty với các công nghệ của Mỹ kể từ năm ngoái. Tuy nhiên, SMIC cũng thừa nhận rằng các hạn chế thương mại của Washington đã ảnh hưởng một phần đến việc phát triển các loại chip tiên tiến hơn của họ.

Doanh thu của SMIC trong quý 2/2021 (từ tháng 4 đến tháng 6) đã tăng hơn 43% so với cùng kỳ năm ngoái lên 1,34 tỷ đô la, trong khi lợi nhuận ròng tăng gần 400% lên 687,8 triệu đô la. Ngày 6/8 vừa qua, SMIC đã điều chỉnh mức tăng dự báo tăng trưởng doanh thu cả năm lên 30%.

Đồng Giám đốc điều hành của SMIC, Zhao Haijun cho biết, nhu cầu mạnh mẽ từ các nhà sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng và xe điện đã dẫn đến các sản phẩm bao gồm chip quản lý năng lượng, mạch tích hợp trình điều khiển và cảm biến hình ảnh bán chạy. Ông nói thêm rằng, công ty có thể tăng năng lực sản xuất tại các cơ sở chip ở Bắc Kinh, Thiên Tân và Thâm Quyến trong quý cuối của năm 2021 hoặc đầu năm sau.

Kết quả này được đưa ra khi các nền kinh tế lớn, từ Trung Quốc, Mỹ đến EU chạy đua để xây dựng năng lực sản xuất chip nội địa của họ, vì lý do an ninh quốc gia và để đảm bảo nguồn cung trong bối cảnh thâm hụt nguồn cung bán dẫn đang diễn ra trên toàn cầu.