Trung Quốc tụt hậu 10 năm so với Mỹ trong một mảng công nghệ dù đã chi hàng chục tỷ USD

Tại Đông Nam Bắc Kinh, các kỹ sư của Semiconductor Manufacturing International Corp. (SMIC), nhà sản xuất chip hàng đầu Trung Quốc, đang làm việc không ngừng nghỉ. Mục tiêu không chỉ là mở rộng sản lượng chip 14nm và thậm chí 7nm – chỉ vài thế hệ sau các nhà sản xuất hàng đầu thế giới – mà còn là sản xuất chúng hoàn toàn bằng thiết bị nội địa.

Đây là một bước đột phá đáng kinh ngạc đối với một công ty đã phải chịu lệnh cấm vận của Mỹ suốt 5 năm qua.

Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 của Bắc Kinh đã vạch rõ mục tiêu xây dựng một chuỗi cung ứng thiết bị chip hoàn toàn nội địa. Các nhà sản xuất chip Trung Quốc, bao gồm cả những "gã khổng lồ" bộ nhớ như CXMT và YMTC, đang nỗ lực hết mình để biến điều đó thành hiện thực, thậm chí chấp nhận hy sinh chất lượng và hiệu quả sản xuất trong ngắn hạn.

Tuy nhiên theo Giám đốc điều hành (CEO) ASML Christophe Fouquet, Trung Quốc không thể tiếp cận máy quang khắc (EUV) tiên tiến nên sẽ bị tụt lại từ 10 đến 15 năm so với phương Tây trong năng lực sản xuất chip cao cấp.

Đồng quan điểm, báo cáo từ Seeking Alpha nhận định rằng Trung Quốc hiện còn khoảng một thập niên tụt sau ASML trong các công nghệ lithography.

Các chuyên gia cho rằng Trung Quốc có thể phát triển máy EUV nội địa, nhưng đến khi họ hoàn thiện, phương Tây đã bắt đầu dùng EUV thế hệ mới, khiến trung Quốc tụt lại phía sau.

Dẫu vậy, hầu hết các chuyên gia đều thừa nhận sớm hay muộn, Trung Quốc sẽ xây dựng được một hệ sinh thái thiết bị bán dẫn hoàn toàn nội địa, đặc biệt là trong lĩnh vực quang khắc (lithography).

Rào cản khổng lồ

Theo các cuộc phỏng vấn với các lãnh đạo ngành công nghiệp của Nikkei Asia, SMIC và các đối tác đã đạt được những tiến bộ vượt bậc trong việc thay thế các công cụ nước ngoài cho các công đoạn khắc, đo lường, lắng đọng hay đánh bóng hóa học. Tuy nhiên, một rào cản "đáng sợ" vẫn còn đó: quang khắc (lithography-EUV).

Quá trình chiếu và in thiết kế chip lên tấm wafer là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất cuối cùng của chip. Nhưng máy quang khắc lại vô cùng phức tạp và đắt đỏ. Hiện tại, chỉ có ba công ty trên thế giới có khả năng sản xuất chúng: ASML của Hà Lan và Canon, Nikon của Nhật Bản. Năm ngoái, quang khắc chiếm gần 25% chi tiêu toàn cầu cho thiết bị sản xuất chip. Đối với Trung Quốc, đây vẫn là một lỗ hổng "đau đớn" trong nỗ lực tự chủ công nghệ.

Trong đó, ASML là độc quyền về máy EUV, loại máy hiện đại nhất, sử dụng tia cực tím bước sóng 13.5nm, cho phép tạo ra các vi mạch nhỏ đến mức nguyên tử. Những cỗ máy này trị giá lên đến 350 triệu USD, tích hợp hơn 65.000 linh kiện và cần 20 năm nghiên cứu để hiện thực hóa.

Không có EUV, một quốc gia không thể sản xuất được chip tiên tiến cho điện thoại, máy chủ hay thậm chí là các vũ khí quốc phòng.

Hiện ASML có vị thế là nhà sản xuất thiết bị chip lớn nhất thế giới tính theo vốn hóa thị trường, đồng thời là công ty dẫn đầu về công nghệ DUV (Deep Ultraviolet) và là nhà sản xuất độc quyền máy quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet) – công nghệ cần thiết để sản xuất chip tiên tiến nhất thế giới. Phát triển một máy EUV là một thách thức vô cùng lớn, đòi hỏi hàng chục năm nghiên cứu và sự hợp tác của hàng ngàn nhà cung cấp, thể hiện sự phức tạp vượt trội trong công nghệ này.

Vì vai trò chiến lược, lithography trở thành mục tiêu trừng phạt của Mỹ trong cuộc chiến công nghệ. Từ năm 2019, ASML bị cấm xuất khẩu EUV sang Trung Quốc, và gần đây là cả các dòng DUV tiên tiến. Thương vụ bán máy EUV đầu tiên cho SMIC đã bị chặn đứng bởi sức ép từ Washington.

Trước thách thức đó, Trung Quốc không chọn lùi bước. Các doanh nghiệp như SMIC, CXMT, YMTC đã tăng tốc nội địa hóa chuỗi cung ứng, thay thế dần các thiết bị nhập khẩu trong các khâu như khắc, đo lường, đánh bóng bằng sản phẩm nội địa.

Tuy nhiên, lithography vẫn là "điểm mù". Hiện tại, máy quang khắc hiện đại nhất của Trung Quốc do SMEE (Shanghai Micro Electronics Equipment) sản xuất chỉ đạt mức 90nm – phù hợp cho chip trong thiết bị gia dụng hoặc ô tô, nhưng còn quá xa so với 7nm hay 5nm của thế giới.

Trong thế chân tường, hãng Huawei vốn là nạn nhân của danh sách đen của Mỹ đã nổi lên như một người chơi chủ lực trong hệ sinh thái thiết bị bán dẫn nội địa. Công ty này không chỉ xây dựng trung tâm R&D lớn tại Thượng Hải, mà còn thu hút nhân tài từ các tập đoàn chip hàng đầu thế giới như ASML, TSMC, Applied Materials, đồng thời mở viện nghiên cứu tại Đức để tiếp cận tri thức quang học từ châu Âu.

Đặc biệt, Huawei đang hỗ trợ SiCarrier, UEAscend (Yuliangsheng) và Shanghai Yuliangsheng Technology (UEAscend), một công ty ít được biết đến nhưng đang nổi lên như một đối thủ trong lĩnh vực quang khắc, để phát triển máy quang khắc DUV ngâm nước đầu tiên của Trung Quốc, với tham vọng cạnh tranh với ASML và Nikon.

Cùng với SMEE, Huawei và các đối tác đang âm thầm phát triển máy quang khắc EUV "made in China" – mục tiêu từng được xem là không tưởng.

Tăng tốc

Để hỗ trợ tham vọng này, Bắc Kinh không tiếc tiền đầu tư. Giai đoạn ba của Quỹ Đầu tư Công nghiệp Vi mạch Quốc gia được khởi động từ tháng 5/2024 với 344 tỷ NDT (gần 48 tỷ USD) vốn nhà nước, dự kiến thu hút thêm hơn 1.380 tỷ NDT đầu tư tư nhân, chủ yếu đổ vào mảng quang khắc và vật liệu đi kèm như photoresist, thấu kính, laser…

Từ Thượng Hải đến Thâm Quyến, chính quyền địa phương đều tung chính sách khuyến khích nội địa hóa thiết bị bán dẫn.

Các hãng Trung Quốc như SMIC, CXMT cũng chấp nhận sử dụng thiết bị nội địa kém hiệu quả hơn, chấp nhận tỷ lệ hỏng hóc cao để nuôi dưỡng ngành công nghiệp non trẻ. Trong khi đó, họ vẫn tích cực dự trữ thiết bị nhập khẩu từ Nhật Bản và châu Âu. Riêng năm 2024, Trung Quốc đã nhập 8,92 tỷ Euro thiết bị từ ASML, chiếm đến 41% doanh số toàn cầu của hãng Hà Lan.

Nhiều công ty mua thiết bị không phải để sản xuất mà để "đảo ngược kỹ thuật" (reverse engineering), nghiên cứu cách lắp ráp, vận hành và mô phỏng lại.

Tuy nhiên, như cựu giám đốc R&D Lin Burn-Jeng của TSMC – nhận định: "Để chế tạo máy lithography, không chỉ cần tiền mà còn cần thời gian tích lũy, sự phối hợp hoàn hảo giữa cơ khí, quang học, điện tử, vật liệu và toán học – đến cấp độ vài nanomet."

Bất chấp điều đó, cựu quan chức cấp cao Meghan Harris của Mỹ cảnh báo các nhà hoạch định chính sách có thể đã đánh giá thấp khả năng của Trung Quốc trong việc chế tạo công cụ chip. Trung Quốc đã có các tập đoàn lớn cạnh tranh mảng chip bán dẫn nội địa và đang tăng cường phát triển các công cụ bán dẫn của riêng mình.

"Kịch bản tồi tệ nhất là các nhà sản xuất công cụ Trung Quốc không chỉ cạnh tranh trong nước mà còn cạnh tranh quốc tế, điều đó đang đến... Một khi điều đó bắt đầu, sẽ rất khó để ngăn chặn," Harris cảnh báo.

Thực tế là năm nhà sản xuất công cụ chip hàng đầu của Trung Quốc đã phát triển mạnh mẽ kể từ khi căng thẳng Mỹ-Trung leo thang vào năm 2019, với doanh thu kết hợp tăng 473%. Trong mọi bước sản xuất chip ngoại trừ quang khắc, Trung Quốc hiện có những công ty có khả năng thách thức các nhà lãnh đạo toàn cầu.

Cuộc đua phát triển máy quang khắc đang nóng hơn bao giờ hết. Mặc dù còn rất nhiều thách thức, quyết tâm và nguồn lực khổng lồ mà Trung Quốc đang đổ vào lĩnh vực này cho thấy một điều rõ ràng: họ sẽ không dừng lại cho đến khi đạt được mục tiêu tự chủ hoàn toàn trong ngành công nghiệp bán dẫn. Câu hỏi đặt ra không phải là liệu Trung Quốc có thành công hay không, mà là khi nào họ sẽ đạt được điều đó.

*Nguồn: Nikkei, Fortune, BI