Ngành sản xuất chip đã rời khỏi nước Mỹ ra sao?

TTCT - Châu Á đã vươn lên thống trị lĩnh vực sản xuất chip thế nào, và nước Mỹ liệu có thể đưa ngành công nghiệp này hồi cố hương?

Ảnh: Pexels

Mặc dù công nghệ bán dẫn được sinh ra ở Mỹ, thậm chí còn được dùng để đặt tên Thung lũng Silicon trứ danh, ngày nay không có con chip siêu hiện đại nào được sản xuất trên đất Mỹ.

Ngày 9-8, Tổng thống Mỹ Joe Biden ký ban hành Đạo luật chip và khoa học (CHIPS Act), bao gồm một gói trợ cấp khổng lồ 280 tỉ USD dành cho sản xuất công nghệ cao và nghiên cứu khoa học; trong số này, có 52 tỉ USD dành riêng cho ngành chip nội địa.

Đạo luật mới, được cả lưỡng đảng ủng hộ, được thông qua nhằm đưa việc sản xuất chip - vật liệu tối quan trọng trong cuộc sống hiện đại - trở lại Mỹ, từ đó giảm phụ thuộc vào các nhà sản xuất châu Á. Nhưng việc sản xuất chip đã rời khỏi nơi nó được sinh ra từ khi nào và tại sao?

Hải ngoại rẻ hơn nội địa

Năm 1990, Mỹ chiếm 37% nguồn cung chip toàn cầu, song con số hiện nay chỉ là 12%. 75% sản lượng chip thế giới đến từ châu Á - Nhật, Hàn Quốc, Đài Loan và Trung Quốc đại lục, theo một báo cáo hồi tháng 9-2020 của Hiệp hội Công nghiệp bán dẫn Mỹ.

Các công ty trong ngành công nghiệp bán dẫn có thể chia làm hai nhóm chính: (1) các IDM (nhà sản xuất thiết bị tích hợp) tự thiết kế và tự sản xuất chip; (2) các công ty fabless, chỉ thiết kế, phần sản xuất sẽ thuê ngoài. Các công ty chuyên sản xuất chip cho các công ty fabless gọi là foundry. TSMC (Đài Loan) và Samsung Electronics (Hàn Quốc) là hai foundry lớn nhất thế giới.

Theo CNBC, Mỹ tụt lại phía sau là vì thay đổi lớn trong ngành công nghiệp bán dẫn có sự thay đổi lớn: trong 15 năm trở lại đây, các công ty bắt đầu chuyển sang mô hình fabless - chỉ thiết kế và gửi cho các foundry làm giúp. Nhiều công ty lớn của Mỹ ký hợp đồng với các nhà sản xuất châu Á vì chi phí vẫn rẻ hơn sản xuất trong nước. Intel, công ty chip lớn nhất Mỹ tính theo doanh số, là IDM điển hình hiếm hoi của Mỹ, khi sản xuất nội địa là chủ yếu, mặc dù cũng có nhà máy ở Ireland, Israel và cả Trung Quốc. Ngược lại, sản phẩm cuối cùng của các công ty lớn khác như Nvidia (trụ sở Santa Clara, California), nhà sản xuất chip có giá trị thị trường lớn nhất Mỹ, chủ yếu đến từ các nhà máy ở nước ngoài.

Một foundry cần phải đầu tư hàng chục tỉ đôla Mỹ để xây dựng nhà máy và trang bị công nghệ cực kỳ đắt đỏ để sản xuất chip thuộc thế hệ kế tiếp. "Năm 2001, có 30 nhà sản xuất cạnh tranh nhau trong nhóm dẫn đầu, nhưng khi việc làm chip ngày càng khó và tốn kém thì con số này giảm xuống chỉ còn 3 công ty (TSMC, Intel và Samsung)" - CNBC dẫn một báo cáo tháng 12-2021 của Ngân hàng Hoa Kỳ.

TSMC hiện là foundry nắm 55% thị phần toàn cầu, còn Samsung chiếm 18%, theo dữ liệu của Hãng Trendforce. Vì sao hai cái tên châu Á này lại nổi lên dẫn đầu? Trong bài "Vì sao ngày càng có ít chip "sản xuất tại Mỹ"" hồi tháng 11-2020, tờ Wall Street Journal cho biết: Các chính phủ châu Á có nhiều ưu đãi tài chính để xây dựng ngành công nghiệp sản xuất chip nội địa, và ngoài ra, "các công ty chip cũng bị thu hút bởi mạng lưới các nhà cung cấp ngày càng lớn mạnh bên ngoài nước Mỹ, và một lực lượng lao động ngày càng phát triển gồm các kỹ sư lành nghề có thể vận hành máy móc đắt đỏ".

Bên trong nhà máy TSMC. Ảnh: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd

Neil Campling, trưởng bộ phận nghiên cứu công nghệ hãng quản lý đầu tư Mirabaud Securities, tán thành các quan điểm này khi trả lời CNBC: "Đài Loan và Hàn Quốc đã dẫn đầu trong việc sản xuất linh kiện bán dẫn - vốn đòi hỏi đầu tư vốn khổng lồ, và một phần thành công của họ trong hơn 20 năm qua là các chính sách hỗ trợ của chính quyền và khả năng tiếp cận lực lượng lao động có nghề".

Hỗ trợ về mặt chính sách lẫn tài chính từ chính phủ rõ ràng là cái nhiều cường quốc chip châu Á có mà Mỹ không có, cho đến khi Đạo luật chip và khoa học ra đời. CHIPS Act được kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề đầu tiên - tiền đâu. Theo Wall Street Journal, để xây dựng và vận hành một nhà máy chip vào loại hiện đại nhất - sản xuất chip để làm bộ vi xử lý cho máy tính - trong vòng 10 năm, cần hơn 30 tỉ USD.

Các chính sách hỗ trợ từ chính phủ rõ ràng sẽ tác động lớn đến quyết định cuối cùng của một nhà đầu tư đang phân vân, từ đó giúp đảo ngược xu hướng chuyển sang mô hình fabless, đưa các nhà máy sản xuất chip trở lại đất Mỹ, đúng như lời ông Biden tự tin: "Mỹ đã phát minh ra chất bán dẫn và [CHIPS Act] sẽ đưa chất bán dẫn trở về nhà".

Cơ sở ở thành phố Chandler (bang Arizona, Mỹ) của Intel, nơi dự kiến có thể xây được tới 6 nhà máy fab đến năm 2024. Ảnh: Intel

Thành công không đến sau một đêm

Trong lịch sử, Mỹ không có chính sách khuyến khích cấp liên bang nào cho việc sản xuất chip, mặc dù một số bang có các hỗ trợ khác nhau cho việc xây nhà máy, chẳng hạn trợ cấp đất đai hoặc giảm thuế. Giờ thì đạo luật mới sẽ giúp việc đầu tư hấp dẫn hơn, khi dành ra đến 39 tỉ USD để hỗ trợ tài chính trực tiếp cho các công ty xây nhà máy sản xuất chip trong nước. Một gói ngân sách 11 tỉ USD khác được dành cho việc thúc đẩy nghiên cứu sản xuất chip và đào tạo nhân lực. Bộ Thương mại sẽ phụ trách xét duyệt và phân bổ các khoản tiền này.

Về lý thuyết, hỗ trợ vốn từ chính phủ sẽ giúp giảm chi phí của việc làm chip ở Mỹ so với châu Á. Trước mắt, một số dự án ở Mỹ có thể tranh thủ được nguồn hỗ trợ này, chẳng hạn dự án nhà máy TSMC ở bang Arizona - cơ sở sản xuất chip tối tân đầu tiên ở nước ngoài của công ty Đài Loan này. Bản thân Intel cũng đã công bố kế hoạch xây nhà máy nghiên cứu, phát triển và sản xuất chip trị giá 20 tỉ USD ở bang Ohio. Tổng đầu tư cho nhà máy này có thể lên đến 100 tỉ USD, biến nó thành nơi sản xuất silicon lớn nhất hành tinh, theo lời Tổng thống Biden và CEO Intel Pat Gelsinger tuyên bố hồi tháng 1-2022.

Nhiều người trong ngành đã bày tỏ hào hứng và kỳ vọng trước đạo luật mới. Maryam Rofougaran, CEO của start-up công nghệ 5G Movandi, cho biết đạo luật sẽ là nguồn cấp vốn bền vững và tin cậy cho các công ty như Movandi và "thúc đẩy vượt qua các giới hạn và tạo ra công nghệ của tương lai".

Nhưng cũng có người cho rằng phải tỉnh táo nhìn nhận rằng thật ra phía trước vẫn là chặng đường dài để Mỹ có thể cạnh tranh với các nhà sản xuất chip châu Á. Theo CNBC, lý do là vì không phải lãnh đạo doanh nghiệp nào cũng quan tâm các con chip tối tân sản xuất ở đâu mà điều quan trọng với họ là nguồn cung phải ổn định. "Các công ty cần mua chip đang tuyệt vọng tìm nhà sản xuất khác ngoài Đài Loan, và họ sẽ rất vui nếu nguồn cung đến từ chính nước Mỹ, nhưng ai cũng biết đây là cuộc chơi nhiều năm. Nguồn cung ổn định là điều quan trọng nhất" - Mike Jette, phó chủ tịch phụ trách công nghệ của hãng tư vấn và cung cấp phần mềm GEP, nói với CNBC.

Ngoài ra, tiền chỉ là vấn đề đầu tiên. Xây dựng một nhà máy chip là quá trình lâu dài, và thu hút nhân tài cho cơ sở mới là chuyện không thể ngày một ngày hai là xong. TSMC đã phải dời lịch vận chuyển thiết bị vào cơ sở Arizona (khởi công tháng 6-2021) từ tháng 9-2022 sang tháng 3-2023 vì có nhiều yếu tố ảnh hưởng tiến độ xây dựng (bao gồm COVID-19) và sự cạnh tranh về lao động lành nghề với Intel. Intel đã tuyển 12.000 lao động và đang tìm thêm 3.000 nhân sự cho các cơ sở mới, đặt TSMC vào thế phải cạnh tranh săn người khi nguồn cung lao động lành nghề trở nên hạn hẹp.

Đó là chưa kể các quy định đầu tư, chi phí lao động và những rào cản khác phổ biến trong ngành sản xuất của Mỹ. Phải còn rất lâu nữa Apple và các công ty Mỹ khác mới có thể đưa chip "nhà làm" vào sản phẩm của mình. Theo Jason Hsu, cựu nghị viên Đài Loan, hiện là học giả nghiên cứu cao cấp tại Harvard Kennedy School, điều quan trọng sắp tới với Mỹ và cả châu Âu là liệu họ có thể giảm chi phí xuống ngang bằng châu Á hay không, cũng như đảm bảo được nguồn cung nhân tài và hệ sinh thái tích hợp liên tục hay không. Đây đều là những yếu tố làm nên sức mạnh của ngành bán dẫn Đài Loan. "Đưa sản xuất chip trở lại quê nhà không phải là thành công có được sau một đêm với Mỹ" - Hsu nói với trang Grid News.■

Kỹ sư thao tác với tấm wafer. Ảnh: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd

Đài Loan đã làm điều đó thế nào?

Có một giai thoại về sự khai sinh ngành công nghiệp bán dẫn ở Đài Loan: Sáng mùng một Tết Nguyên đán Giáp Dần (1974), 7 người đàn ông vừa dùng bữa sáng tại một hiệu sữa đậu nành ở trung tâm Đài Bắc vừa vạch ra đường hướng để Đài Loan tham gia vào lĩnh vực sản xuất bán dẫn.

Ở đó, Pan Wen-yuan, một Hoa kiều lúc đó đang là giám đốc nghiên cứu của tập đoàn điện tử Mỹ Radio Corporation of America (RCA), vạch ra hai con số quan trọng với Tôn Vận Tuyền - người đứng đầu cơ quan phụ trách các vấn đề kinh tế Đài Loan: cần 10 triệu USD và 4 năm để công nghệ này bắt đầu phát triển được ở Đài Loan.

Kế hoạch được thông qua và Đài Loan thuyết phục thành công RCA, lúc đó là công ty điện tử lớn ở Mỹ, chuyển giao công nghệ bán dẫn cho hòn đảo này vào năm 1976. Tháng 4 năm đó, tốp kỹ sư Đài Loan đầu tiên được gửi sang Mỹ để học nghề tại tất cả các khâu - thiết kế, vận hành, sản xuất - trong một năm. Tỉ phú Rick Tsai, chủ tịch nhà sản xuất chip cho smartphone MediaTek, là một trong những kỹ sư được đào tạo tại RCA thời điểm đó.

Theo tờ South China Morning Post, sau này nhìn lại, những lãnh đạo đời đầu trong ngành bán dẫn Đài Loan đều đồng ý rằng thành công của hòn đảo này đến từ đường lối, kế hoạch từ lãnh đạo chính quyền vạch xuống, chuyển giao công nghệ từ Mỹ và nỗ lực thu hút nhân tài mạnh mẽ từ hải ngoại quay về đóng góp.

Kế hoạch đầu tư vào chip được đưa ra sau khi kinh tế Đài Loan đang chịu ảnh hưởng từ khủng hoảng dầu mỏ 1973, và chính quyền dưới triều nhà lãnh đạo Tưởng Kinh Quốc muốn tìm cách chuyển từ công nghiệp thâm dụng lao động sang tiến bộ khoa học và công nghệ. "Lãnh đạo chính quyền lúc bấy giờ toàn tâm toàn ý ủng hộ sự phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn" - Ngô Thành Văn, giáo sư Đại học quốc gia Thanh Hoa (Đài Loan), nói.

Một trong những sáng kiến quan trọng của chính quyền Đài Loan lúc đó là việc thành lập Viện Nghiên cứu công nghệ công nghiệp (ITRI) năm 1973; đây là cơ quan đã ký thỏa thuận chuyển giao công nghệ với RCA. Những kỹ sư được đào tạo ở Mỹ rồi quay về làm việc cho nhà máy chip của ITRI, sau này tách ra thành United Microelectronics Corp (UMC) - công ty bán dẫn đầu tiên của Đài Loan.

Mỹ không chỉ hỗ trợ công nghệ mà còn cung cấp nhân tài được đào tạo ở nước này cho ngành công nghiệp chip non trẻ của Đài Loan. Có thể kể Morris Chang Chung-mou, kỹ sư được đào tạo ở Mỹ và có 25 năm kinh nghiệm, đồng ý quay về lãnh đạo ITRI và sau đó thành lập TSMC; hay Lin Burn-jeng, một kỹ sư kỳ cựu của IBM, trở về làm cho TSMC và có đóng góp quan trọng giúp ngành chip vượt qua giới hạn của định luật Moore.

Thị phần toàn cầu các nhà sản xuất chip năm 2021. Nguồn: TrendForce

Cuộc chiến bán dẫn hậu chipS ACT

Các bản tin về CHIPS Act đều nêu việc thông qua đạo luật này là để "tăng tính cạnh tranh của Mỹ so với Trung Quốc" trong lĩnh vực sản xuất chip. Cần phải nói ngay, hiện Trung Quốc đang không thống lĩnh thị trường chip toàn cầu, nhưng các nhà lập pháp Mỹ ngày càng lo ngại trước các bước tiến gần đây của nước này. Lo là có cơ sở, bởi Trung Quốc có vẻ vẫn đạt tiến bộ mới trong công nghệ bán dẫn, bất chấp các lệnh trừng phạt liên quan đến ngành chip của Mỹ.

Tháng 7 vừa qua, hãng phân tích TechInsights cho biết SMIC, nhà sản xuất chip lớn nhất Trung Quốc, có thể đã chế tạo được chip 7nm, so với năng lực trước đó chỉ dừng lại ở quy trình 14nm. Điều bất ngờ là SMIC đã nâng cao năng lực sản xuất ngay cả khi không có thiết bị quang khắc tối tân vì bị Mỹ trừng phạt. Từ cuối năm 2020, Mỹ đã cấm các công ty trong nước không được bán thiết bị có thể làm chip 10nm hoặc tân tiến hơn cho SMIC.

Từ năm 2014, Chính phủ Trung Quốc đã xác định sẽ ưu tiên việc thúc đẩy sản lượng chip trong nước. Hiệp hội Công nghiệp bán dẫn Mỹ ước tính Trung Quốc sẽ chi tổng cộng 150 tỉ USD cho mục tiêu này trong giai đoạn 2014 - 2030. Gói ngân sách "Big Fund" của Bắc Kinh cùng với các khoản hỗ trợ địa phương khác dành cho ngành này đã giải ngân khoảng 73 tỉ USD tính đến năm 2021, theo Grid News. Tuy nhiên, tính đến 10-8, có ít nhất 5 lãnh đạo các công ty chip đang bị điều tra tham nhũng liên quan đến Big Fund, theo South China Morning Post.

Sau chuyến công du ngắn ngủi đến Đài Loan của Chủ tịch Hạ viện Mỹ Nancy Pelosi đầu tháng 8, trong đó có việc đến thăm TSMC, chuyện "chọn phe" giữa Mỹ và Trung Quốc của các nhà sản xuất chip trở thành chủ đề nóng.

Theo Jon Bathgate, nhà đầu tư tại hãng quản lý đầu tư chuyên về vật liệu bán dẫn NZS Capital, các công ty chip lớn nhất thế giới của Đài Loan và cả Hàn Quốc có nhiều lý do để nghiêng về Mỹ hơn. Dù Hoa Kỳ thua kém châu Á trong khoản sản xuất chip, nước này vẫn dẫn đầu toàn cầu về thiết kế chip hiện đại và cung ứng phần mềm, thiết bị sản xuất.

Theo hãng tư vấn Boston Consulting Group, Mỹ nắm 80% thiết bị thiết kế và 50% thiết bị sản xuất chip toàn cầu, trên 50% sở hữu trí tuệ về thiết kế chip. Các đại gia chip ở châu Á vì thế vẫn phải phụ thuộc vào thiết kế và phần cứng của Mỹ. "Điều này mang lại lợi thế lớn cho Mỹ so với Trung Quốc khi kêu gọi đầu tư và thiết lập quan hệ đối tác" - Bathgate nói với tạp chí Fortune.

TSMC vốn luôn tránh phải chọn giữa Mỹ và Trung Quốc - hai nền kinh tế cực kỳ quan trọng đến chuyện kinh doanh của mình. Song cuộc gặp của Chủ tịch TSMC Mark Liu và bà Pelosi cho thấy công ty này sẵn sàng ngả về Washington và phá vỡ tính trung lập trước nay, theo cây bút bình luận công nghệ Tim Culpan của Bloomberg. Mỹ là khách hàng lớn nhất của TSMC - chiếm 64% doanh số năm ngoái của hãng, trong đó riêng Apple đã mang lại ¼ doanh thu cho nhà sản xuất Đài Loan.

Nhưng sự chằng chịt của bức tranh chip toàn cầu khiến tương lai của cuộc chiến bán dẫn vẫn là khó đoán. Trung Quốc vẫn là nhà nhập khẩu chip lớn nhất thế giới và cũng mua thiết bị sản xuất chip nhiều nhất. Các doanh nghiệp sẽ phải tốn thêm nhiều chi phí và hoạt động sản xuất bị gián đoạn nếu cắt đứt quan hệ với Trung Quốc, và vì thế "đa số các công ty sẽ không sẵn sàng xem xét việc ngưng làm ăn với Trung Quốc hoàn toàn" - Paul Rosenzweig, CEO hãng tư vấn Red Branch Consulting, nói với Fortune.