Các công ty bán dẫn hàng đầu thế giới đang chạy đua để tạo ra chip 2 nm, trái tim của điện thoại thông minh, trung tâm dữ liệu và trí tuệ nhân tạo trong tương lai.
Công ty Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan (TSMC) vẫn là "ngựa đua" yêu thích của các nhà phân tích, nhưng Samsung Electronics coi bước nhảy vọt tiếp theo của ngành là cơ hội để thu hẹp khoảng cách.
Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà sản xuất liên tục tìm cách tạo ra chip với bóng bán dẫn càng nhỏ càng tốt. Các bóng bán dẫn trên chip càng nhỏ thì mức tiêu thụ năng lượng càng thấp và tốc độ truyền dữ liệu càng cao. Các thuật ngữ như “3 nm” và “5 nm”, chỉ kích thước bóng bán dẫn, được dùng làm cách gọi tắt cho các thế hệ công nghệ chip, thay vì kích thước vật lý thực tế của con chip.
Samsung cho biết sẽ sớm bắt đầu sản xuất chip 2 nanomet. Ảnh: SamMobile.
Công ty nào chiếm được vị trí dẫn đầu về công nghệ chip sẽ có vị thế để thống trị ngành công nghiệp này, với tổng doanh thu thị trường 2022 là hơn 500 tỷ USD trên toàn cầu. Con số dự kiến sẽ còn tăng hơn nữa, do nhu cầu về chip cho trung tâm dữ liệu và các dịch vụ AI tăng cao.
Cuộc đua thống trị thế hệ chip 2 nm
TSMC, công ty đang dẫn đầu thị trường chip toàn cầu, đã công bố kết quả thử nghiệm quy trình sản xuất chip 2 nm, hay N2, cho một số khách hàng lớn nhất bao gồm Apple và Nvidia, theo nguồn tin của Financial Times.
Samsung cũng không chịu thua kém, theo các nguồn tin của FT. Theo đó, nhà sản xuất chip Hàn Quốc đang giảm giá phiên bản chip 2 nanomet mới nhất của họ nhằm thu hút các khách hàng như Nvidia.
Bức ảnh Samsung công bố vào ngày bắt đầu sản xuất chip 3 nm vào năm ngoái. Ảnh: Samsung Newsroom.
“Samsung coi chip 2 nm là công cụ thay đổi cuộc chơi. Nhưng mọi người vẫn nghi ngờ liệu Samsung có thể chuyển dịch sang 2 nm hiệu quả hơn TSMC hay không", James Lim, nhà phân tích tại quỹ Dalton Investments, cho biết.
TSMC cho biết việc sản xuất hàng loạt chip N2 sẽ bắt đầu vào năm 2025, đầu tiên sẽ là phiên bản dành cho thiết bị di động, cung cấp cho Apple. Các phiên bản dành cho PC và các hệ thống tính toán hiệu suất cao, được thiết kế để tải mức điện năng cao hơn, sẽ ra mắt sau.
iPhone 15 Pro và Pro Max ra mắt vào tháng 9 là những thiết bị tiêu dùng đầu tiên mang công nghệ chip 3 nm, do TSMC sản xuất.
Dù vậy, kích thước bóng bán dẫn trên chip càng nhỏ, việc chuyển đổi công nghệ sản xuất càng khó khăn. Nếu xảy ra sai lầm, TSMC có thể để mất ngôi vương ở thế hệ chip tiếp theo.
Minh hoạ kích thước nanomet của bóng bán dẫn trên chip. Ảnh: FT.
TSMC nói với FT rằng quá trình phát triển công nghệ N2 của họ “đang tiến triển tốt và đi đúng hướng để sản xuất số lượng lớn vào năm 2025, đồng thời sẽ là công nghệ bán dẫn tiên tiến nhất trong ngành cả về mật độ và hiệu quả năng lượng”.
Nhưng Lucy Chen, phó chủ tịch của Isaiah Research, lưu ý rằng chi phí chuyển từ thế hệ chip cũ sang thế hệ chip mới ngày càng tăng, trong khi những cải tiến về hiệu suất không còn đáng kể. “Việc chuyển sang thế hệ chip tiếp theo không còn hấp dẫn khách hàng nữa", Chen cho biết.
Hàng loạt bất lợi của Samsung
Theo công ty tư vấn TrendForce, Samsung hiện chiếm 25% thị phần chip tiên tiến toàn cầu so với 66% của TSMC, và coi thế hệ chip 2 nm là cơ hội để thu hẹp khoảng cách.
Tập đoàn Hàn Quốc là bên đầu tiên bắt đầu sản xuất hàng loạt chip 3 nm, hay còn gọi là SF3 vào năm ngoái và là bên đầu tiên chuyển sang kiến trúc bóng bán dẫn “Gate-All-Around” (GAA).
Nhà thiết kế chip Qualcomm của Mỹ đang có kế hoạch sử dụng chip 2 nm, SF2, của Samsung trong chip điện thoại thông minh đầu bảng thế hệ tiếp theo. Nếu kế hoạch này thành hiện thực, đây sẽ là chiến thắng lớn của Samsung trước TSMC, cho thấy vị thế đang thay đổi. Trước đây, ở thế hệ 4 nm, Qualcomm đã bỏ Samsung để chuyển sang TSMC.
Mỗi quy trình sản xuất chip đều có tỷ lệ lỗi, tỷ lệ này của Samsung bị đánh giá là cao hơn các đối thủ. Ảnh: Qualcomm.
"Chúng tôi đang ở vị thế để chuẩn bị sản xuất hàng loạt SF2 vào năm 2025, vì đã chuyển đổi sang kiến trúc GAA nên chúng tôi hy vọng quá trình từ SF3 sang SF2 sẽ tương đối liền mạch", Samsung cho biết trong một tuyên bố.
Samsung là công ty đầu tiên có chip 3 nm, dù vậy các nhà phân tích cảnh báo rằng hãng này nổi tiếng với “yield rate”, tỷ lệ chip sản xuất ra đáp ứng được chất lượng để bán cho khách hàng, thấp hơn đối thủ cạnh tranh.
Công ty Hàn Quốc khẳng định rằng ở thế hệ 3 nm quy trình của họ đã ổn định hơn. Nhưng theo các nguồn tin thân cận với Samsung, "yield rate" vẫn chỉ ở 60%, thấp hơn nhiều so với mong đợi của khách hàng và có khả năng giảm hơn nữa khi sản xuất các chip phức tạp hơn như A17 Pro của Apple.
"Nói gì thì nói, Samsung vẫn chưa đưa được một sản phẩm chip 3 nm đến tay người dùng", Dylan Patel, nhà phân tích trưởng của SemiAnalysis, cho biết.
Samsung cũng gặp phải xung đột lợi ích, theo Lee Jong-hwan, giáo sư kỹ thuật bán dẫn tại Đại học Sangmyung ở Seoul. Bộ phận thiết kế chip và điện thoại thông minh của Samsung là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với các khách hàng tiềm năng như Apple.
“Cấu trúc của Samsung gây lo ngại cho nhiều khách hàng về khả năng rò rỉ công nghệ hoặc thiết kế”, Lee cho biết.