Biết độ phức tạp của chuỗi cung ứng chip sẽ thấy ông Biden đối mặt thách thức cực đại

Quá trình sản xuất chip là cảm biến hình ảnh do ON Semiconductor thiết kế, bắt đầu tại một nhà máy ở Ý, nơi các tấm wafer được in chìm với mạch điện phức tạp.

Tấm wafer là miếng silicon mỏng được cắt ra từ thanh silicon hình trụ, được sử dụng như vật liệu nền để sản xuất vi mạch tích hợp.

Tiếp theo, các tấm wafer được gửi đến Đài Loan để đóng gói và thử nghiệm, rồi lần lượt đến Singapore để bảo quản, tới Trung Quốc để lắp ráp thành bộ phận camera, đến một nhà cung cấp linh kiện của Hyundai Motor ở Hàn Quốc trước khi tới các nhà máy sản xuất ô tô của hãng này.

Sự thiếu hụt các cảm biến hình ảnh đó đã dẫn đến việc nhà máy của Hyundai Motor ở Hàn Quốc ngừng hoạt động, khiến hãng này trở thành nhà sản xuất ô tô mới nhất phải hứng chịu những khó khăn về nguồn cung chip toàn cầu. Trước đó, việc sản xuất của hầu hết hãng ô tô như General Motors, Ford Motors và Volkswagen bị tê liệt.

Hành trình quanh co của cảm biến hình ảnh cho thấy ngành công nghiệp chip sẽ phức tạp như thế nào khi vừa tăng công suất để giải quyết tình trạng thiếu hụt hiện tại, vừa tái tạo sức sống cho ngành sản xuất chip của Mỹ.

Hôm 13.4, Tổng thống Joe Biden tổ chức cuộc họp với 19 giám đốc điều hành công ty lớn trong ngành công nghiệp bán dẫn ở Nhà Trắng để thảo luận về các giải pháp cho cuộc khủng hoảng chip. Đây là động thái mới nhất trong một nỗ lực rộng lớn hơn nhằm thúc đẩy ngành công nghiệp chip trong nước. Biden cũng đề xuất 50 tỉ USD để hỗ trợ sản xuất và nghiên cứu chip như một phần của đề xuất cơ sở hạ tầng trị giá 2.000 tỉ USD đô la của mình, mà ông cho rằng sẽ giúp Mỹ giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh toàn cầu với Trung Quốc.

Phần lớn số tiền đó có thể sẽ dành cho việc xây dựng các nhà máy chip tiên tiến trị giá hàng tỉ USD của Intel, Samsung và TSMC (nhà sản xuất chip theo hợp đồng lớn nhất thế giới). Thế nhưng, các nhà điều hành trong ngành cho biết việc giải quyết chuỗi cung ứng rộng lớn hơn là rất quan trọng và chính quyền Biden phải đối mặt với những lựa chọn phức tạp về việc trợ cấp cho các yếu tố nào của nó.

David Somo, Phó chủ tịch cấp cao của ON Semiconductor, nói với Reuters: “Cố gắng xây dựng lại toàn bộ chuỗi cung ứng từ thượng nguồn đến hạ nguồn tại một địa điểm nhất định không phải là khả năng có thể xảy ra. Nó sẽ rất đắt”.

Mỹ hiện chỉ chiếm khoảng 12% năng lực sản xuất chất bán dẫn trên toàn thế giới, giảm so với mức 37% năm 1990. Hơn 80% sản lượng chip toàn cầu hiện nay diễn ra ở châu Á, theo số liệu của ngành.

1.000 bước, 70 cửa khẩu

Sản xuất một chip máy tính có thể bao gồm hơn 1.000 bước, qua 70 cửa khẩu riêng biệt và một loạt các công ty chuyên biệt, hầu hết trong số họ ở châu Á và phần lớn chưa được công chúng biết đến.

Quá trình này bắt đầu với các silicon thô có kích thước như chiếc đĩa. Tại nhà máy sản xuất chip được gọi là fab, các mạch được khắc vào silicon và xây dựng trên bề mặt của nó thông qua một loạt các quy trình hóa học phức tạp.

Bước tiếp theo là đóng gói, đưa ra ví dụ minh họa rõ ràng về những thách thức trong chuỗi cung ứng.

Các tấm wafer từ các fab với hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn con chip có kích thước bằng móng tay trên mỗi đĩa. Chúng phải được cắt thành từng con chip và được đóng gói.

Theo truyền thống, điều đó có nghĩa là đặt mỗi con chip lên một khung dẫn điện và hàn nó vào một bảng mạch. Quá trình lắp ráp sau đó sẽ là đóng gói chip trong một hộp nhựa để bảo vệ nó.

Quá trình này đòi hỏi rất nhiều lao động, dẫn đến việc các công ty sản xuất chip phải thuê ngoài Đài Loan, Malaysia, Philippines và Trung Quốc làm việc này từ nhiều thập kỷ trước.

Bản thân công đoạn đóng gói có chuỗi cung ứng riêng: Ví dụ Haesung DS (Hàn Quốc) sản xuất các thành phần đóng gói cho chip ô tô, xuất khẩu chúng sang Malaysia hoặc Thái Lan cho các khách hàng, bao gồm cả Infineon và NXP. Các công ty này, hoặc trong một số trường hợp là nhà thầu phụ, lắp ráp và đóng gói chip cho các nhà cung cấp ô tô như Bosch và Continental, từ đó cung cấp các sản phẩm cuối cùng cho các nhà sản xuất ô tô.

Dick Otte, Giám đốc điều hành của Promex - công ty đóng gói chip có trụ sở tại California (Mỹ), cho biết: “Nếu thành công với việc này, chính quyền Biden sẽ phải giúp xây dựng lại ngành công nghiệp đóng gói tại Mỹ. Nếu không thì thật lãng phí thời gian. Nó giống như việc xây dựng một chiếc xe hơi và không có một body để khoác lên nó”.

Thế nhưng, các quy trình đóng gói chip mới hơn ít sử dụng lao động hơn nhiều, khiến một số nhà sản xuất chip của Mỹ tin rằng chúng có thể được mang về từ nước ngoài.

Vào tháng 10.2020, SkyWater Technology (xưởng đúc chip có trụ sở tại bang Minnesota) đã tiếp quản một cơ sở tại bang Florida, nơi họ có kế hoạch xây dựng dây chuyền đóng gói tiên tiến.

Ông Tony Levi, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Nam California cho biết, việc xây dựng lại ngành công nghiệp đóng gói của Mỹ sẽ không chỉ tách riêng các công ty chip và khách hàng khỏi rủi ro chính trị mà còn có thể giúp họ thoát khỏi những chu kỳ dài liên quan đến việc tạo ra chip mới.

Bằng cách thực hiện nhiều công việc hơn tại địa phương, các công ty chip của Mỹ có thể tạo ra các dòng sản xuất chip nhỏ hơn, thường xuyên hơn, tăng tốc độ đổi mới và có khả năng tạo ra khả năng điều chỉnh nhanh hơn theo nhu cầu.

Tony Levi nói rằng Arizona, Texas và New York, nơi Intel, TSMC, Samsung và GlobalFoundries, đều có các cơ sở hiện tại hoặc đã lên kế hoạch xây dựng, sẽ phù hợp với các yếu tố chuỗi cung ứng như đóng gói bao bì.

“Điều mà Mỹ rất giỏi là sự hợp tác chặt chẽ giữa thiết kế hệ thống, thiết kế sản phẩm và chính quá trình sản xuất”, Tony Levi nói.

Tuy nhiên vẫn còn phải xem chính quyền Biden sẽ cân bằng nhu cầu của nhiều ngành phụ trong lĩnh vực chip như thế nào.

Nhiều công ty, trong đó có ở nước ngoài, cung cấp các vật liệu đúc quan trọng bao gồm tấm wafer và gas. Các công cụ tinh vi được sử dụng để sản xuất chip tiên tiến hầu hết được tạo tại Mỹ.

Trên hết, một số người trong ngành cho rằng Mỹ cần hỗ trợ không chỉ các thiết bị tiên tiến mới mà còn cả công nghệ cũ hơn, theo Tyson Tuttle, Giám đốc điều hành Silicon Labs - công ty thiết kế silicon có trụ sở tại Austin, thủ phủ bang Texas.

Tyson Tuttle nói: “Chúng ta có sự chênh lệch về vốn trong ngành bán dẫn, với quá nhiều tiền dành cho các công nghệ tiên tiến nhất”.

E. Jan Vardaman, Chủ tịch TechSearch International (tư vấn và cấp phép công nghệ chuyên về ngành công nghiệp điện tử), cho biết ngành đóng gói chip đã phải chịu áp lực về giá nghiêm trọng, dẫn đến tỷ suất lợi nhuận thấp hơn so với các nhà máy sản xuất chip và các công ty thiết kế chip.

“Từ quan điểm kinh tế và tài chính, việc đầu tư lớn không có ý nghĩa gì với họ. Đơn giản chỉ là ném tiền vào như vậy không giải quyết được vấn đề. Đó là một vấn đề phức tạp hơn”, E. Jan Vardaman khẳng định.