Gánh nặng của các hãng sản xuất chip

Một trong những vấn đề lớn của tiến bộ công nghệ trong ngành chip đó là, tiến trình chip càng nhỏ, công nghệ càng hiện đại, thì chi phí đầu tư máy móc thiết bị càng ngày càng đắt đỏ. Như vậy, chi phí biên đối với từng sản phẩm sẽ càng ngày càng tăng, đi ngược lại với bài toán kinh tế của ngành này, tức là hạ chi phí trên đầu mỗi thành phẩm càng thấp càng tốt.

Khi đó, các hãng sản xuất chip phải tìm cách tăng quy mô sản xuất, để chia nhỏ chi phí đầu tư ban đầu ra mỗi thành phẩm. Thế nhưng, không phải hãng chip nào cũng có thể đạt đến quy mô tối ưu. Mặt khác, sự phát triển về mặt kỹ thuật của quy trình sản xuất chip phát triển theo đúng định luật Moore, tức là cứ sau vài năm là các hãng sản xuất phải cập nhật quy trình sản xuất để có đủ khả năng tạo ra những con chip tiên tiến nhất. Ước tính chi phí để xây dựng một nhà máy sản xuất chip hoàn toàn mới là vào khoảng 20 tỷ USD. Chi phí để bảo trì và nâng cấp công nghệ cũng không phải là nhỏ.

Chi phí thiết kế và nâng cấp module theo kích thước chip logic

Đây là một rào cản gia nhập thị trường lớn đối với bất kỳ công ty nào muốn gia nhập ngành, dẫn tới những hạn chế trong quá trình phát minh và sáng chế của ngành. Ngay cả những công ty đã có chỗ đứng trên thị trường cũng phải chật vật để đáp ứng lượng chi phí này. Và một sự thay đổi là cần thiết đối với ngành bán dẫn.

Và người dẫn dắt sự thay đổi này không ai khác, là nhà sáng lập của TSMC, Morris Chang. Hạ chi phí sản xuất vẫn luôn là mục tiêu của các kỹ sư bán dẫn. Tuy nhiên, số tiền phải bỏ ra để xây dựng nhà máy dường như là một khoản đầu tư không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, Morris Chang nghĩ khác.

Subscribe now

Quy trình sản xuất chip bán dẫn, về cơ bản, có hai bước lớn: (1) thiết kế và (2) sản xuất. Trong đó, bản thiết kế của mỗi loại chip khác nhau sẽ khác nhau, điều này tức là con chip logic sản xuất cho máy tính cầm tay Casio sẽ không thể sử dụng cho một cái iPhone 14. Đồng nghĩa với quy mô sản xuất của mỗi hãng sản xuất sẽ bị giới hạn trong phạm vi nhu cầu sử dụng sản phẩm của họ.

Tuy nhiên, một quy trình sản xuất chip bán dẫn, có thể tạo nên con chip từ bất kỳ bản thiết kế nào được nạp vào máy. Thế nhưng, giai đoạn sản xuất lại là giai đoạn tiêu tốn nhiều chi phí nhất. Vì vậy, nếu một công ty thực hiện gia công, sản xuất cho nhiều công ty khác nhau, thì việc scale up sẽ dễ dàng hơn rất nhiều. Và đó chính là kế hoạch của Morris Chang.

Chia tách chuỗi giá trị bán dẫn

Ngay từ những năm 1970, khi vẫn còn đang làm việc cho Texas Instruments, Chang đã nghĩ đến việc thành lập một công ty chuyên sản xuất những con chip do khách hàng thiết kế, nhưng những lãnh đạo của TI khi đó không quan tâm đến ý tưởng này. Sau khi rời khỏi TI vì không được đề bạt lên vị trí CEO, Chang được chính phủ Đài Loan mời về để xây dựng ngành bán dẫn của nước này. Chang đã chấp nhận lời mời này và thành lập TSMC.

Tại đây Chang thực hiện ý tưởng của mình với TSMC, biến công ty này trở thành hãng sản xuất chip bán dẫn lớn nhất thế giới. Bằng việc nhận gia công chip cho khách hàng, TSMC đạt được lợi thế về quy mô, giúp giảm chi phí biên trên mỗi sản phẩm. Những công ty như TSMC, chỉ chuyên gia công, sản xuất chip được gọi là foundry. Còn những khách hàng của TSMC, là những công ty chỉ chuyên thiết kế chip, được gọi là fabless, vì họ là những công ty bán dẫn nhưng không có fab, tức nhà máy sản xuất.

Hiện nay, chỉ duy nhất Intel là công ty sản xuất chip bán dẫn có sở hữu nhà máy sản xuất chip của riêng mình, hay còn gọi là integrated device manufacturer (IDM). Intel có thể làm được điều này vì họ chiếm thị phần chi phối trên cả thị trường CPU cho máy tính cá nhân lẫn máy chủ, vì vậy Intel có đủ nhu cầu với sản phẩm của mình để không phải lo lắng quá nhiều về vấn đề quy mô. Đối thủ của Intel là AMD cũng từng có nhà máy riêng của mình, nhưng đã tách riêng các nhà máy của mình thành một foundry độc lập, lấy tên là GlobalFoundries từ năm 2009.

Thị phần của các foundry trong năm 2022. TSMC vẫn chiếm thị phần áp đảo và ngày càng tăng so với các foundry khác.

Samsung là trường hợp đặc biệt, họ tham gia vào mảng foundry vào năm 2005, nhưng không hoạt động độc lập hoàn toàn mà vẫn đóng vai trò sản xuất in-house cho các thiết kế chip của Samsung. Việc này một phần là rào cản vì khách hàng của họ sẽ lo ngại về việc Samsung sẽ sao chép các thiết kế của họ, việc mà không phải là vấn đề với GlobalFoundries hay TSMC.

Sự chuyển hóa mô hình từ IDM sang fabless và foundry không thể không kể đến Lynn Conway và Carver Mead, hai người đã chuẩn hóa hoạt động thiết kế chip cho phép chúng có thể sản xuất tại bất kỳ foundry nào. Trước Conway và Mead, mỗi nhà máy sản xuất chip lại có một loạt các quy tắc thiết kế đặc thù cho những con chip được sản xuất trong nhà máy đó. Những thiết kế đó có thể không thể sử dụng trong các nhà máy khác, dù trong một công ty. Và những thiết kề này được tạo ra hoàn toàn bằng bút chì và thước kẻ.

Mead nhận ra sự bất cập của việc này và đã cùng Conway thiết kế ra một bộ “quy tắc thiết kế” cho việc thiết kế chip. Theo những quy tắc này chuẩn hóa việc thiết kế, cho phép các chuyên viên thiết kế không phải vẽ lại các bóng bán dẫn mỗi lần thiết kế chip mà có thể nhặt từ các thành phần thiết kế sẵn và có thể thay thế cho nhau để tạo thành một thiết kế hoàn chỉnh.

Câu chuyện của FPT

Với việc mô hình kinh doanh phổ biến hiện nay của các công ty sản xuất bán dẫn hiện nay là fabless, chỉ thiết kế chứ không sản xuất, không có gì bất ngờ khi cho rằng FPT Semiconductor cũng vậy. Đây rõ ràng là phương án tiết kiệm, nhanh chóng và an toàn hơn rất nhiều, kể cả khi FPT chỉ sản xuất chip analog.

Như anh Nguyễn Vinh Quang vừa khoe trên Facebook, là FPT Semiconductor vừa tròn 1 tuổi hôm 13/03/2023, tức được thành lập ngày 13/03/2022. Chưa đến 6 tháng sau đó, FPT Semi đã cầm trên tay những sản phẩm chip nguồn đầu tiên.

Với tốc độ thần tốc như vậy, khả năng cao FPT thuê một foundry nào đó bên Trung Quốc hoặc Đài Loan gia công chip dựa trên thiết kế của mình. Việc này khiến mình có hai điều băn khoăn:

Chip nguồn có phải là loại chip có không gian cho FPT sáng tạo, thiết kế ra một kiến trúc chip nguồn hoàn toàn mới hay không?
Nếu không tự thiết kế một kiến trúc nào đó mang tính đột phát về công nghệ, thì lợi thế cạnh tranh của sản phẩm chip FPT là gì? Về giá thì khó mà có thể mà cạnh tranh với các sản phẩm của Trung Quốc được.

Theo thuyết âm mưu do mình tự nghĩ ra, là FPT đầu tư để làm lấy kinh nghiệm, hồ sơ. Có thể sản xuất rồi bán với giá thấp, chấp nhận chịu lỗ, nhưng sẽ được ghi danh là đơn vị công nghệ đầu tiên và có kinh nghiệm trong việc sản xuất sản phẩm bán dẫn tại Việt Nam. Khi thời cơ đến thì FPT có thể mang cái hồ sơ năng lực này đi để chào mời hợp tác với các bên.

Đây là cách mà FPT vẫn làm để xây dựng hồ sơ năng lực khi tham gia đấu thầu các dự án, bắt đầu với những cái nhỏ, đôi khi chấp nhận lỗ một tý để có thành tích ghi vào hồ sơ, rồi leo thang dần lên những dự án lớn hơn.

Sức ép từ nỗ lực cấm vận công nghệ với Trung Quốc có thể sẽ khiến các công ty sản xuất chip và foundry tìm kiếm các địa điểm sản xuất mới. Như gần nhất là các đối tác cung cấp linh kiện của ASML đang nghiên cứu các nước Đông Nam Á để mở cơ sở sản xuất. Nếu Việt Nam được chọn thì khi đó FPT có lợi thế rõ ràng trong việc tham gia cộng tác, hoặc chen chân vào một khâu nào đó trong chuỗi giá trị. Có thể là không có kinh nghiệm với chính sản phẩm đó, những cũng đã từng làm về bán dẫn rồi, thì vẫn còn hơn không.

Subscribe now

Share

Cap Finance

GUIDE: Mô hình kinh doanh của ngành bán dẫn