Chip bán dẫn: Kiệt tác điện tử thay đổi cả thế giới
(NLĐO) - Máy tính, điện thoại, xe cộ và hàng triệu thiết bị quan trọng sẽ "chết" nếu không có chip bán dẫn. Trận chiến giành quyền kiểm soát công nghệ này đang là một phần cuộc cạnh tranh để thống trị thế giới.
Cuộc khủng hoảng thiếu hụt chip bán dẫn hiện nay dù đã bớt nghiêm trọng nhưng vẫn nêu bật vai trò quan trọng của linh kiện này đối với đủ loại ngành công nghiệp, từ kinh tế đến an ninh. Nhiều nước buộc phải thực thi các chính sách để đáp ứng nhu cầu trong bối cảnh nguồn cung gián đoạn, một phần do tác động của đại dịch COVID-19.
Ngành công nghiệp xương sống
Tờ The New York Times nhận định chip bán dẫn (còn gọi là mạch tích hợp) dù chỉ mới ra đời cách đây hơn 60 năm nhưng đã góp phần dẫn đến cuộc cách mạng máy tính và kỷ nguyên số. Những thay đổi nó mang lại cho thế giới không khác gì một cuộc cách mạng công nghiệp.
Chip bán dẫn thường có kích thước nhỏ gọn, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của mọi thiết bị điện tử, sản phẩm công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại. Không có chúng, sẽ không có iPod (máy nghe nhạc), BlackBerry (điện thoại di động), máy tính xách tay, Trạm Không gian Quốc tế (ISS), kính viễn vọng Hubble, những công ty như Apple, Intel, Samsung, Nokia, Microsoft hoặc Google; Thung lũng Silicon, ngành công nghiệp bán dẫn nhiều tỉ USD. Internet cũng sẽ không tồn tại.
Chip bán dẫn trên một bảng mạch in. Ảnh: Reuters
Hàng chục chip bán dẫn trên bề mặt một tấm bán dẫn (wafer). Ảnh: Wikimedia Commons
Kinh tế thế giới đang dựa nhiều vào chip bán dẫn. Nói như đài BBC, ngành công nghiệp chip đang "vận hành" nền kinh tế công nghệ toàn cầu trị giá hàng ngàn tỉ USD. Không chỉ trung tâm dữ liệu và điện thoại thông minh, nhiều lĩnh vực khác cũng cần đến sức mạnh điện toán của chip. Lấy ví dụ, xe hơi hiện được nhúng hàng ngàn con chip và con số này đang tăng.
Chưa hết, đây còn là lĩnh vực có tính kết nối mạnh mẽ nhất lịch sử. Vật liệu thô đến từ Nhật Bản và Mexico trong khi chip được làm ở Mỹ và Trung Quốc. Các con chip sau đó được lắp đặt trong các thiết bị để rồi đến tay người tiêu dùng khắp thế giới.
Đáng chú ý, chip tiên tiến hiện có vai trò cực kỳ quan trọng đối với ngành công nghiệp quốc phòng khi là thành phần không thể thiếu trong đủ loại hệ thống, từ bệ phóng tên lửa cho đến hệ thống giao tiếp, dẫn đường. Ông Sourabh Banik, nhà phân tích của Công ty GlobalData (Anh), nhận định gần như mọi loại nền tảng quân sự hiện đại, từ các hệ thống trên không gian, không trung cho đến trên biển và trên bộ, đều có các thành phần và hệ thống phụ sử dụng chip bán dẫn.
Bên trong một nhà máy chip của hãng GlobalFoundries ở bang New York – Mỹ. Ảnh: Bloomberg
Bộ Quốc phòng và Bộ Thương mại Mỹ hồi cuối tháng 7-2023 ký biên bản ghi nhớ về việc mở rộng cộng tác trong sản xuất chất bán dẫn phục vụ mục đích quốc phòng. Đây là bước đi quan trọng hướng đến mục tiêu tăng cường năng lực sản xuất chip ở Mỹ và giảm phụ thuộc vào chất bán dẫn nước ngoài.
Trước đó một tháng, chính phủ Nhật Bản đề nghị mua hãng sản xuất thiết bị bán dẫn JSR với giá 6,3 tỉ USD. Giới phân tích cho rằng bước đi trên nhằm tăng cường kiểm soát chuỗi cung ứng chất bán dẫn khi Nhật Bản tìm cách củng cố quốc phòng. Trong bối cảnh Mỹ và Trung Quốc đang cạnh tranh trong cái gọi là "cuộc chiến chip" để giành lợi thế trong cuộc đối đầu địa chính trị và quân sự rộng lớn hơn, việc bảo đảm chuỗi cung ứng vật liệu chất bán dẫn là cần thiết về mặt quân sự.
Triển vọng và nguy cơ
Hiệp hội Công nghiệp bán dẫn Mỹ (SIA) cho biết doanh số chip toàn cầu trong năm 2022 là khoảng 573,5 tỉ USD, một con số cao kỷ lục và tăng 3,2% so với năm 2021. Trong khi đó, Công ty Fortune Business Insights (Ấn Độ) dự báo giá trị của thị trường này sẽ tăng lên 1.380,79 tỉ USD vào năm 2029. Sự tăng trưởng này được thúc đẩy chủ yếu bởi nhu cầu tăng đối với thiết bị điện tử tiêu dùng và mạch tích hợp. Sự phổ biến của Internet kết nối vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), học máy, giao tiếp không dây cũng mang lại cơ hội phát triển mới cho thị trường. Nhu cầu tăng đối với chip nhớ tiên tiến dành cho các ứng dụng công nghiệp cũng sẽ thúc đẩy thị trường tăng trưởng.
Đại dịch COVID-19 khiến người ta dành nhiều thời gian để lên mạng hoặc làm việc tại nhà, từ đó nhu cầu về loại chip dùng cho máy tính và điện thoại thông minh tăng mạnh, gây sức ép lên chuỗi cung ứng. Tuy nhiên, dịch bệnh cũng khiến nhiều hoạt động kinh tế đình trệ, trong đó có các nhà máy chip tại một số nước như Hàn Quốc, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc…Tình trạng thiếu hụt chip là điều khó tránh, buộc nhiều công ty công nghệ, hãng xe cắt giảm sản xuất.
Tình trạng thiếu chip từng buộc một số hãng xe ngưng sản xuất. Ảnh: Bloomberg
Thủ tướng Đức Olaf Scholz cầm một thiết bị bán dẫn khi tham dự Triển lãm Ô tô Munich tại TP Munich hôm 5-9. Ảnh: Reuters
Ngay cả khi tình hình giờ đây không còn căng thẳng như trước, nỗi lo của ngành công nghiệp chip vẫn còn đó. Với sự phổ biến của các công cụ mới như ChatGPT, ngày càng có nhiều công ty chạy đua phát triển mô hình AI tạo sinh hoặc tích hợp chúng vào trong hệ thống của mình. Vì thế, theo trang Fox News, nhu cầu về bộ xử lý đồ họa (GPU) mạnh mẽ đang tăng mạnh. Loại chip này đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc huấn luyện và triển khai thuật toán AI nhưng hiện có rất ít công ty sản xuất nó, dẫn đến nguy cơ thiếu hụt.
Không dễ tăng cường sản lượng chip trong thời gian ngắn để đáp ứng nhu cầu cao do đây là tiến trình khó khăn, đắt đỏ và mất nhiều thời gian. Theo trang Bloomberg, sản xuất một loại chip thường mất hơn 3 tháng, đòi hỏi các nhà máy lớn, căn phòng không bụi, cỗ máy nhiều triệu USD, thiếc nóng chảy và tia laser.
Con chip đầu tiên
Chất bán dẫn (như silicon) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Theo trang The Coversation, khi đề cập về chất bán dẫn ngày nay, người ta thường có ý nói đến chip bán dẫn.
Chip bán dẫn được làm từ những miếng silicon mỏng, với các thành phần phức tạp được bố trí theo những khuôn mẫu cụ thể trên đó. Các khuôn mẫu này dùng transistor (bóng bán dẫn) để kiểm soát dòng chảy của dòng điện. Mỗi con chip chứa hàng chục tỉ transistor trong bề mặt chỉ bằng móng tay.
Kỹ sư Jack Kilby, làm việc tại Công ty Texas Instruments (Mỹ), phát minh ra mạch tích hợp đầu tiên ngày 12-9-1958 và nó hoạt động hoàn hảo. Sáu tháng sau đó, tại bang California - Mỹ, một kỹ sư khác là Robert Noyce cũng độc lập công bố ý tưởng chế tạo mạch tích hợp và chip của ông phù hợp cho việc sản xuất với số lượng lớn. Không lâu sau đó, ông Noyce đồng sáng lập hãng Intel.
Theo thời gian, chip bán dẫn ngày càng tinh vi, thông minh, mạnh mẽ và nhỏ. Với các nhà sản xuất, điều này giúp giảm chi phí và cải thiện lợi nhuận. Tuy nhiên, việc làm ra chúng cũng trở nên khó khăn và tốn thời gian hơn.