Nhà sản xuất chip nhớ số 1 Trung Quốc gặp thách thức về đổi mới khi bị Mỹ trừng phạt

YMTC là nhà sản xuất chip nhớ số 1 Trung Quốc, có trụ sở tại thành phố Vũ Hán.

Kể từ khi thành lập vào năm 2016, YMTC đã là niềm hy vọng của Trung Quốc trong việc tạo đột phá trên thị trường toàn cầu về chip nhớ flash NAND – bộ nhớ bán dẫn không biến đổi giúp lưu trữ dữ liệu mà không cần nguồn điện, được sử dụng phổ biến trong smartphone, máy tính bảng và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác.

Tuy nhiên, những hy vọng đó đã mờ đi. Vào tháng 12.2022, Cục Công nghiệp và An ninh thuộc Bộ Thương mại Mỹ đã đưa YMTC cùng 35 thực thể Trung Quốc vào danh sách đen thương mại hạn chế mua sắm các sản phẩm và dịch vụ Mỹ mà không có sự chấp thuận của chính quyền Biden.

Mỹ cáo buộc YMTC đã cung cấp sản phẩm cho các công ty đã nằm dưới sự kiểm soát xuất khẩu của họ, bao gồm hãng viễn thông Huawei và nhà sản xuất camera giám sát Hangzhou Hikvision Digital Technology Co.

Các chuyên gia chip nước ngoài cho biết khả năng đạt được tiến bộ công nghệ và sản xuất số lượng lớn của YMTC sẽ bị cản trở do không được tiếp cận các công cụ và dịch vụ sản xuất chip của Mỹ, dù tác động không đến ngay lập tức.

Nicolas Gaudois, trưởng bộ phận Nghiên cứu Công nghệ Châu Á Thái Bình Dương tại UBS (ngân hàng đầu tư đa quốc gia và công ty dịch vụ tài chính của Thụy Sĩ), nói: “Sẽ rất khó để ngành công nghiệp bộ nhớ ở Trung Quốc tiếp tục hoạt động trong tương lai. Rõ ràng là lệnh trừng phạt đang hạn chế khả năng tăng cường năng lực mới cho các công nghệ tiên tiến”.

Wei Shaojun, giáo sư bán dẫn tại Đại học Thanh Hoa và là nhà bình luận nổi tiếng trong ngành, cho biết: “Mỹ đã vũ khí hóa các công cụ tự động hóa thiết kế điện tử và công cụ sản xuất chip tiên tiến, những lĩnh vực mà họ có lợi thế công nghệ tuyệt đối, để kiềm chế công nghệ bán dẫn tiên tiến của Trung Quốc phát triển".

Phát biểu tại diễn đàn công nghiệp gần đây ở thành phố Thâm Quyến (Trung Quốc), Wei Shaojun nói điều này buộc Trung Quốc phải tập trung lại vào việc cải thiện các quy trình sản xuất chip trưởng thành của mình.

Ông cũng ca ngợi những đổi mới công nghệ của YMTC, bao gồm cả cấu trúc Xtacking, tiết kiệm chi phí hơn trong dài hạn.

“Dù kiến trúc liên kết hai tấm wafer (đĩa bán dẫn) với nhau của YMTC có vẻ tốn kém hơn, kiến trúc CMOS Under Array (CUA) được hầu hết nhà sản xuất chip NAND sử dụng có vẻ ít tốn kém hơn, nhưng khi các ngăn xếp NAND đạt hơn 300 lớp, quy trình CUA có thể dẫn đến rất nhiều sản lượng thấp khi nhiều lớp được thêm vào”, Wei Shaojun cho biết vào tuần trước tại Thâm Quyến.

Ông nói thêm rằng các nhà sản xuất chip nhớ NAND đối thủ có thể “học hỏi từ YMTC”.

Kiến trúc Xtacking 3.0 đại diện cho phiên bản mới nhất của cấu trúc Xtacking do YMTC tự phát triển, sẽ cung cấp năng lượng cho chip 3D NAND thế hệ thứ 4 của công ty Trung Quốc. Xtacking 1.0 lần đầu tiên được công bố vào năm 2018, nhưng đã được thay thế bằng phiên bản 2.0 vào tháng 9.2019.

YMTC đã giới thiệu chip 3D NAND đầu tiên của mình, X3-9070 dựa trên kiến trúc Xtacking 3.0, vào tháng 8.2022. Theo một tuyên bố của YMTC, kiến trúc 3.0 đã cải thiện hiệu suất lên 50% so với các phiên bản trước đó, tăng mật độ lưu trữ lên 1 BT/s (tỉ lần trên giây) trong khi giảm 25% mức tiêu thụ điện năng.

Ba tháng sau, TechInsights, nhà cung cấp chất bán dẫn và vi điện tử thông minh của Canada, đã tìm thấy chip 3D NAND 232 lớp do YMTC sản xuất có tính năng Xtacking 3.0 trong ổ cứng thể rắn Hikvision, chip mà TechInsights kết luận là đi trước các nhà sản xuất bộ nhớ hàng đầu trong ngành như Samsung Electronics, SK Hynix và Micron Technology.

Dù đây có thể là một kiến trúc quan trọng với công nghệ 3D NAND, việc YMTC không thể hợp tác kinh doanh với các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn hàng đầu như Lam Research (có công cụ quan trọng với các nhà sản xuất chip nhớ) sẽ đồng nghĩa sức mạnh công nghệ của nó bị đặt dấu hỏi.

YMTC vẫn giữ im lặng về tác động từ lệnh trừng phạt của Mỹ với hoạt động kinh doanh của mình.

“Nếu không có sự hỗ trợ của các nhà cung cấp thiết bị chính, YMTC đang phải đối mặt với trở ngại kỹ thuật lớn trong việc phát triển công nghệ 3D NAND Flash mới nhất của mình được gọi là Xtacking 3.0. Đặc biệt, việc tăng tỷ lệ năng suất cho các quy trình 128 lớp và 232 lớp sẽ cực kỳ khó khăn với nhà sản xuất bố nhớ Trung Quốc”, công ty nghiên cứu thị trường TrendForce cho biết trong một báo cáo nghiên cứu.

Theo một nguồn tin trong ngành, YMTC thậm chí có thể hoãn việc xây dựng nhà máy bán dẫn thứ hai tại Vũ Hán do chuỗi cung ứng mua sắm của họ bị gián đoạn.

Một chuyên gia khác trong ngành, từng là kỹ thuật viên Huawei, nói YMTC không thiếu các hệ thống in thạch bản vì đã mua một vài máy trước khi các hạn chế từ Mỹ được áp dụng, nhưng thách thức nằm ở các công cụ khắc từ nhà cung cấp như Lam Research. Những công cụ này rất quan trọng với quy trình chế tạo tấm bán dẫn 3D NAND phức tạp, đặc biệt là khi công ty cạnh tranh với các đối thủ để thêm nhiều lớp hơn nhằm tăng mật độ lưu trữ.

3D NAND được tạo thành từ một số lớp ô nhớ xếp chồng lên nhau theo chiều dọc. Khi thêm nhiều lớp hơn, mật độ bit sẽ tăng lên, cho phép các sản phẩm có nhiều dung lượng lưu trữ hơn.

Trước đây, các nhà sản xuất bộ nhớ flash NAND đã sử dụng kiến trúc hai chiều được gọi là NAND phẳng, trong đó các ô nhớ flash được đặt cạnh nhau trên một đế bán dẫn. Các nhà sản xuất đã cố gắng lắp nhiều ô nhớ hơn trong không gian ít hơn và chỉ trong 15 năm, kích thước ô đã giảm từ 120 nanomet xuống 19 nanomet với công suất gấp 100 lần, cho đến khi quy mô đạt giới hạn kỹ thuật vào khoảng năm 2010.

Samsung Electronics đã đạt được một cột mốc quan trọng khi xuất xưởng thiết bị 3D NAND đầu tiên trên thế giới vào năm 2013. Kể từ đó, kiến trúc 2D đã nhường chỗ cho 3D trong bối cảnh nhu cầu lưu trữ dữ liệu ngày càng tăng. Ngày nay, kiến trúc 3D NAND chính thống được gọi là CMOS Under Array (CUA) mà các công ty Micron Technology và Intel của Mỹ đã sử dụng để giới thiệu chip 3D NAND đầu tiên vào năm 2015.

Ngoài tác động về quá trình sản xuất, TrendForce cho biết những người mua NAND Flash bên ngoài Trung Quốc đang có những e ngại đáng kể về việc áp dụng công nghệ của YMTC, với việc Apple và những người khác tạm thời ngừng lấy mẫu sản phẩm với công ty Trung Quốc.

TrendForce cho biết: “YMTC sẽ dần mất khả năng cạnh tranh về chi phí do trì trệ về công nghệ và thị phần của YMTC sẽ tiếp tục bị xói mòn”.

Theo TrendForce, để tránh số phận này, YMTC sẽ cần tìm các con đường thay thế, chẳng hạn như quay lại sản xuất 2D NAND flash hoặc chuyển đổi thành nhà cung cấp chip logic được sản xuất bằng các công nghệ quy trình trưởng thành.