Tại Sao Thế Giới Lại Phụ Thuộc Vào Cỗ Máy In Chip Của ASML?

Ẩn mình ở Hà Lan là ASML (Advanced Semiconductor Materials Lithography: tạm dịch - Công ty Vật liệu Bán dẫn Tiên tiến), một tập đoàn với những cỗ máy phi thường, đóng vai trò người gác cổng cho kỷ nguyên kỹ thuật số hiện đại.

Các hệ thống in thạch bản EUV (Kỹ thuật in khắc cực tím) này, những kỳ quan của kỹ thuật chính xác và sự khéo léo của khoa học, là cách duy nhất để chế tạo các vi mạch tiên tiến, làm nền tảng cho mọi thứ, từ các trung tâm dữ liệu khổng lồ đến những chiếc iPhone mới nhất. Sự thống trị công nghệ này đã đưa ASML vào vị trí đòn bẩy không thể thay thế trong ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu.

Từ khởi đầu khiêm tốn đến người khổng lồ không thể thiếu

ASML bắt đầu hành trình của mình vào năm 1984 với tư cách là một công ty con nghiên cứu của gã khổng lồ điện tử Hà Lan Philips. Những năm đầu tiên của công ty được đánh dấu bằng những khó khăn về tài chính, nhưng vẫn kiên trì tập trung vào đổi mới.

Trong giai đoạn này, ASML đã có những bước tiến đáng kể trong công nghệ in thạch bản DUV (tia cực tím sâu), trở thành công ty đầu tiên trên thế giới sử dụng thành công các kỹ thuật này để sản xuất vi mạch thương mại. Trong khi các công ty Mỹ như PerkinElmer và GCA thống trị thị trường in thạch bản ban đầu, ASML đã nhận ra những hạn chế của công nghệ DUV.

Công ty nhận thấy rằng việc thu nhỏ hơn nữa các bóng bán dẫn, một động lực chính của Định luật Moore, sẽ cần một sự thay đổi mạnh mẽ. Nhận thức này đã dẫn đến một canh bạc chiến lược - quyết định đầu tư mạnh mẽ vào phát triển công nghệ EUV, một công nghệ có khả năng tạo ra các tính năng nhỏ hơn gấp mười lần so với công nghệ có thể đạt được với DUV.

Đây là một dự án mạo hiểm, vì EUV là một công nghệ chưa được kiểm chứng với những rào cản kỹ thuật đáng kể. Tuy nhiên, sự kiên trì và cam kết đổi mới của ASML đã được đền đáp, đưa họ trở thành công ty dẫn đầu không thể tranh cãi trong công nghệ in thạch bản EUV.

Cuộc cách mạng EUV và một hệ sinh thái độc đáo

EUV mang đến một sự thay đổi mô hình cho ngành công nghiệp bán dẫn. Bước sóng cực ngắn của ánh sáng EUV (13,5 nanomet) cho phép khắc các thiết kế cực kỳ nhỏ và phức tạp hơn lên các tấm silicon. Trước EUV, ngành công nghiệp này dựa vào ánh sáng DUV với bước sóng 193 nanomet. Sự khác biệt tưởng chừng như nhỏ này lại có ý nghĩa lớn về độ phân giải.

Theo Lộ trình Quốc tế về Thiết bị và Hệ thống (IRDS), một nỗ lực hợp tác của các nhà sản xuất chất bán dẫn và tổ chức nghiên cứu hàng đầu, in thạch bản EUV có thể đạt được độ phân giải hoa văn tối thiểu là 7 nanomet, so với 10 nanomet đối với DUV. Điều này dẫn đến sự gia tăng về mật độ bóng bán dẫn trên chip.

Như TSMC đã có thể ghép 17,6 tỷ bóng bán dẫn vào một con chip A14 Bionic bằng cách sử dụng in thạch bản EUV, so với chỉ 8,5 tỷ bóng bán dẫn trên chip A13 trước đó dựa trên DUV 7nm. Việc thu nhỏ bóng bán dẫn mang đến những lợi ích vượt bậc về sức mạnh và hiệu quả xử lý. Một nghiên cứu năm 2020 cho thấy việc giảm kích thước bóng bán dẫn 10% có thể dẫn đến hiệu suất tăng 30% và giảm 50% mức tiêu thụ điện năng.

Trật Tự Thế Giới Mới và Nguồn Cung Quan Trọng

Chi phí sản xuất một chiếc máy EUV của ASML cực kỳ cao, khoảng 200 triệu USD mỗi chiếc, và thế hệ máy High NA mới thậm chí còn đắt hơn, có khả năng vượt quá 300 triệu USD. Điều này tạo ra một rào cản gia nhập thị trường đáng kể. Mức giá này, cùng với chuyên môn kỹ thuật cần thiết để sử dụng chúng, giới hạn thị trường cho một số ít nhà sản xuất tiềm lực lớn như: Intel, Samsung, TSMC, Micron và SK Hynix.

Như TSMC đã nổi lên như xưởng đúc chip hàng đầu thế giới, phần lớn nhờ khoản đầu tư sớm vào công nghệ EUV. Theo báo cáo năm 2023 của Counterpoint Research, TSMC nắm giữ đến 54% thị phần xưởng đúc toàn cầu. Sự thống trị của họ được thúc đẩy bởi khối lượng chip khổng lồ mà họ sản xuất nhờ công nghệ của ASML, cung cấp những linh kiện quan trọng cho các công ty như Apple, AMD và Nvidia.

Ngược lại, Intel tụt hậu trong việc áp dụng EUV, khiến hãng chịu tổn thất về mức độ cạnh tranh. Các báo cáo tài chính và bình luận của giới phân tích cho thấy khoảng cách kỹ thuật này có thể đã ảnh hưởng đến doanh thu và thị phần của Intel. Tuy nhiên, khoản đầu tư quyết liệt của họ gần đây vào máy móc High NA cho thấy tham vọng lấy lại lợi thế trong công nghệ sản xuất chip thế hệ tiếp theo.

Đại dịch COVID-19 càng làm phức tạp thêm bức tranh toàn cảnh bằng cách phá vỡ chuỗi cung ứng toàn cầu vốn phụ thuộc vào các linh kiện và vật liệu mà ASML cần. Những báo cáo phân tích chuỗi cung ứng từ các chuyên gia trong ngành sẽ nêu chi tiết cách các điểm nghẽn cụ thể có thể đã làm chậm sản xuất máy hoặc tăng chi phí. Trớ trêu thay, chính ASML cũng phụ thuộc vào các con chip mà họ góp phần tạo ra, nhấn mạnh tính chất phụ thuộc lẫn nhau trong ngành công nghiệp bán dẫn.

Cơ Hội và Thách Thức

Tương lai của ASML có vẻ tươi sáng khi công ty dự đoán nhu cầu bùng nổ đối với công nghệ của mình. Tuy nhiên, để duy trì vị thế của mình, ASML phải vượt qua những thách thức đáng kể:

Cuộc Chiến Nhân Tài: Ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu đang trải qua cuộc cạnh tranh khốc liệt, đặc biệt là các chuyên gia trong những lĩnh vực quan trọng với việc phát triển và vận hành cỗ máy in thạch bản. Báo cáo năm 2023 của McKinsey & Company nêu bật khoảng trống nhân tài dự kiến lên đến 1,5 triệu lao động lành nghề trong toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn vào năm 2030.

Cạnh tranh khốc liệt đối với những kỹ sư có kiến thức chuyên ngành về quang học, như thiết kế thấu kính và công nghệ laser. Các kỹ sư này đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy ranh giới của độ phân giải và độ chính xác trong in thạch bản EUV. Ngoài ra, chuyên môn trong phát triển phần mềm cũng được săn đón không kém, vì đội ngũ kỹ sư là cần thiết cho việc tạo ra các chương trình phức tạp điều khiển và hiệu chỉnh những cỗ máy in thạch bản đòi hỏi độ chuẩn xác cực cao.

Nguồn nhân tài trải rộng ra ngoài các ngành kỹ thuật. Các nhà vật lý có hiểu biết sâu về đặc tính vật liệu ở cấp độ nguyên tử là rất cần cho việc phát triển máy móc thế hệ kế tiếp, vốn có thể sử dụng bước sóng ánh sáng ngắn hơn nữa. Tương tự, các nhà khoa học vật liệu là cần thiết để tạo ra các vật liệu mới có thể chịu được lực và mật độ năng lượng cực lớn liên quan đến quy trình in thạch bản EUV.

Cuộc cạnh tranh nhân tài khốc liệt này vượt ra ngoài ngành công nghiệp bán dẫn. Những tập đoàn công nghệ khổng lồ như Amazon, Google và Meta (trước đây là Facebook) đang ngày càng tranh giành lực lượng kỹ sư và nhà khoa học tương tự, với mức lương và đãi ngộ hấp dẫn. ASML không chỉ phải cạnh tranh về khoản lương thưởng, mà còn phải tạo ra một môi trường làm việc hấp dẫn, để nuôi dưỡng sự đổi mới và thu hút những bộ óc tốt nhất trong các lĩnh vực quan trọng này.

Giới Hạn Công Nghệ: Trong khi ASML liên tục đẩy lùi các ranh giới, hãy đề cập đến những giới hạn vật lý cụ thể (ví dụ, nhiễu xạ ánh sáng), và chi phí ngày càng tăng để đạt được những cải tiến nhỏ trong mỗi thế hệ chip mới.

ASML là một công ty đáng chú ý với một câu chuyện đáng chú ý. Sự thống trị của nó trong một lĩnh vực công nghệ quan trọng mang lại cho nó tầm quan trọng chiến lược to lớn trong nền kinh tế toàn cầu. Liệu nó có thể duy trì tốc độ đổi mới, điều hướng các cơn gió chính trị và vượt qua các thách thức về nhân tài và chuỗi cung ứng hay không sẽ chứng tỏ tầm quan trọng không chỉ đối với chính ASML mà còn đối với quỹ đạo tương lai của toàn bộ thế giới kỹ thuật số.