Công thức bí mật giúp Đài Loan trở thành ‘siêu sao’ trong sản xuất chip trên toàn cầu

BBC News, Đài Loan - 17 tháng 12. 2023

Ngành sản xuất chip bán dẫn đã mang lại thành công kinh tế ngoạn mục cho Đài Loan

Khi lên máy bay đến Mỹ vào mùa hè năm 1969, chàng trai Shih Chin-tay, 23 tuổi lại đang đi đến một thế giới khác.

Lớn lên trong một làng chài, bao bọc xung quanh là những cánh đồng mía, ông học đại học tại thủ đô Đài Bắc, khi đó là một thành phố đầy bụi và những tòa chung cư xám xịt, cư dân thì hiếm có người mua được xe ô tô.

Rồi ông đến Đại học Princeton. Nước Mỹ khi đó vừa đưa được người lên Mặt Trăng và chế tạo được máy bay Boeing 747. Nền kinh tế của Mỹ có quy mô lớn hơn cả Liên Xô, Nhật Bản, Đức và Pháp gộp lại.

“Khi máy bay đáp xuống, tôi bị sốc”, Tiến sĩ Shih, hiện nay 77 tuổi nói. “Tôi tự nghĩ: Đài Loan nghèo quá, tôi phải làm điều gì đó để giúp Đài Loan giàu có hơn”.

Và ông ấy đã làm được. Tiến sĩ Shih và một nhóm các kỹ sư trẻ, tràn đầy hoài bão đã biến đổi hòn đảo vốn xuất khẩu mía và áo thun sang một trung tâm điện tử.

Ngày nay Đài Bắc trở nên giàu có và hiện đại. Những con tàu tốc độ cao chật cứng hành khách di chuyển dọc theo vùng ven biển ở phía tây ở hòn đảo này với tốc độ 350 km/h. Tòa nhà Đài Bắc 101 – cao nhất trên thế giới, là biểu tượng của sự thịnh vượng.

Và rất nhiều sự thịnh vượng đến từ một thiết bị nhỏ bé, chỉ khoảng bằng chiếc móng tay. Chất bán dẫn silicon – tấm wafer mỏng tang và được biết đến là chip – đóng vai trò trung tâm cho mọi công nghệ mà chúng ta sử dụng, từ những chiếc điện thoại iPhone cho đến máy bay.

Đài Loan hiện chiếm hơn một nửa số lượng chip được sản xuất cho cuộc sống của chúng ta. Tập đoàn sản xuất lớn nhất là Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), công ty có giá trị lớn thứ chín trên thế giới.

Điều này khiến Đài Loan hầu như không thể thay thế được - và cũng dễ bị tổn thương. Trung Quốc, lo sợ sẽ bị cắt đứt khỏi lĩnh vực chip tiên tiến nhất thế giới, đã bỏ ra hàng tỷ USD nhằm soán ngôi của Đài Loan. Hay Trung Quốc có thể chiếm hòn đảo này, như những lời đe dọa được nhắc đến thường xuyên.

Thế nhưng con đường Đài Loan đến vị trí siêu sao sẽ không dễ dàng bị sao chép – hòn đảo này sở hữu một công thức bí mật, được trui rèn qua hàng thập kỷ đổ rất nhiều mồ hôi, công sức của các kỹ sư. Thêm nữa, quy trình sản xuất còn dựa trên một mạng lưới các mối gắn kết kinh tế mà cuộc đối đầu Mỹ-Trung đang leo thang hiện nay đang muốn đảo ngược.

Từ đường đến silicon

Khi Tiến sĩ Shih đến Đại học Princeton, “nước Mỹ chỉ đang bắt đầu cuộc cách mạng chip bán dẫn”, ông nói.

Chỉ mới một thập kỷ kể từ khi Robert Noyce chế tạo “một vi mạch tích hợp nguyên khối”, đóng gói các thành phần điện tử thành một mảnh silicon mỏng duy nhất, phiên bản đầu tiên của microchip - khởi đầu cuộc cách mạng máy tính cá nhân.

Tiến sĩ Shih Chin-tay đã dẫn đầu quá trình chuyển đổi sang sản xuất chip của Đài Loan vào những năm 1970

Trong hai năm sau khi Tiến sĩ Shih tốt nghiệp, ông ấy đã thiết kế những chip bộ nhớ tại tập đoàn Burroughs, chỉ xếp thứ hai sau IBM vào thời điểm đó.

Vào thời điểm đó, Đài Loan đang tìm kiếm một ngành công nghiệp quốc gia mới, theo sau cuộc khủng hoảng dầu hỏa, khiến sản lượng xuất khẩu sụt giảm. Silicon dường như là một khả năng – và Tiến sĩ Shih nghĩ ông ta có thể giúp đỡ: “Tôi nghĩ đã đến lúc quay trở về nhà”.

Vào cuối những năm 1970, ông ấy đã gia nhập đội ngũ các kỹ sư điện tử giỏi nhất tại một phòng thí nghiệm nghiên cứu - Viện Nghiên cứu Công nghệ (Industrial Technology Research Institute) uy tín đóng vai trò quan trọng trong việc định hình lại nền kinh tế của hòn đảo này.

Công việc bắt đầu tại Tân Trúc, một thành phố nhỏ ở miền nam Đài Bắc – ngày nay là một trung tâm điện tử toàn cầu, do các nhà máy khổng lồ sản xuất chip điện tử trên tấm bán dẫn của tập đoàn TSMC thống lĩnh. Những nhà máy sản xuất chip này, có diện tích cỡ vài sân bóng đá, là một vài nơi sạch nhất trên Trái Đất. Các chi tiết sản xuất tinh lọc nhất là một bí mật được canh gác kỹ lưỡng, và không được phép có camera bên ngoài nào thâm nhập.

Nhà máy mới nhất – gần 20 tỷ USD ở miền nam Đài Loan – sẽ sớm bắt đầu sản xuất những con chip kích cỡ ba nanomét được dùng cho các điện thoại iPhone thế hệ tiếp theo.

Tất cả những điều này vượt xa điều mà Tiến sĩ Shih và các đồng nghiệp tưởng tượng khi họ mở một nhà máy vận hành thử nghiệm vào những năm 1970. Họ hy vọng vì có công nghệ được cấp phép từ một công ty sản xuất điện tử lớn tại Mỹ, nhưng một điều khiến ai nấy đều ngỡ ngàng, nhà máy này đã vượt qua công ty mẹ của mình. Thật khó để giải thích lý do vì sao, và cho đến ngày nay, công thức chính xác cho thành công của Đài Loan vẫn còn là bí mật.

Những gì Tiến sĩ Shin nhớ lại thì bình thường hơn: “Năng suất tốt hơn nhà máy RCA với chi phí thấp hơn. Vì vậy, điều này mang đến cho chính phủ sự tự tin là chúng tôi có thể thật sự làm được chuyện gì đó”.

Chính phủ Đài Loan cung cấp nguồn vốn khởi đầu – ban đầu cho tập đoàn United Micro-electronics Corporation, và sau đó vào năm 1987, cho TSMC, sau đó trở thành tập đoàn sản xuất chip lớn nhất thế giới.

Tiến sĩ Shih Chin-tay (thứ hai từ trái sang, ở hàng phía sau) cùng các kỹ sư khác vào năm 1977, không lâu sau khi trở về Đài Loan

Để vận hành tập đoàn này, họ đã tuyển dụng Morris Chang, một kỹ sư người Mỹ gốc Hoa, và một quan chức điều hành tại gã khổng lồ điện tử của Mỹ, Texas Instruments. Đây là may mắn hoặc tài năng, hoặc cả hai – ngày nay, người đàn ông 93 tuổi này được biết là cha đẻ của ngành công nghiệp chất bán dẫn của Đài Loan.

Vào khi đó, ông ấy nhận ra rằng việc theo các gã khổng lồ của Mỹ và Đài Loan theo chính trò chơi của họ đang là một tiền đề thất bại. Thay vào đó, TSMC sẽ chỉ sản xuất chip cho quốc gia khác và không tự thiết kế.

“Mô hình khuôn đúc này” không được nghe tới vào năm 1987, đã thay đổi bối cảnh của ngành công nghiệp này và dọn đường cho Đài Loan đi đầu trong lĩnh vực này.

Và thời điểm đã đến lúc 'chín muồi'. Một loạt những start-up mới như Apple, AMD, Qualcomm, Nvidia của Thung lũng Silicon – không có nguồn quỹ để xây dựng các nhà máy sản xuất chip của chính mình. Và họ gặp khó khăn trong việc tìm công ty sản xuất chip, một thành phần không thể thiếu được.

“Họ sẽ phải đi đến các công ty sản xuất chất bán dẫn hàng đầu và hỏi liệu có nguồn lực dư thừa có thể sử dụng hay không”, Tiến sĩ Shih nói. “Nhưng sau đó TSMC dã xuất hiện”.

Hiện những công ty sản xuất chip có thể hợp tác với các công ty Đài Loan, vốn không quan tâm đến việc đánh cắp những thiết kế của họ hoặc cạnh tranh với những công ty này.

“Luật số một ở TSMC là không cạnh tranh với khách hàng của bạn,” Tiến sĩ Shih nói.

Công thức bí mật

Thế giới đã sản xuất hơn một ngàn tỷ chip mỗi năm. Một chiếc xe ô tô hiện đại có từ khoảng 1.500 đến 3.000 con chip.

Điện thoại iPhone 12 cũng được cho là có khoảng 1.400 chip bán dẫn. Mức thiếu hụt vào năm 2022 do nhu cầu điện tử ngày càng gia tăng trong thời kỳ đại dịch, có sức tác động như nhau lên sản lượng bán máy giặt hay những chiếc xe BMW.

Thành công ngoạn mục của Đài Loan – một hòn đảo xuất khẩu hơn một nửa trong số hàng ngàn tỷ con chip trên toàn cầu, hầu hết là các loại tân tiến nhất – được tạo nên từ khả năng thành thạo công nghệ. Nói cách khác, ngành chế tạo của Đài Loan đạt hiệu quả không thể tin nổi.

Chế tạo những con chip silicon là rất tốn kém và tốn nhiều công sức. Bắt đầu với một thỏi lớn silicon cực tinh khiết được phát triển chỉ từ một mảnh thủy tinh duy nhất. Mỗi khối có thể mất vài ngày để tăng trưởng và có thể nặng lên đến 100 kg.

Ông Morris Chang đã giúp Đài Loan trở thành nhà máy sản xuất chip của thế giới

Sau khi một máy cắt kim cương cắt chúng thành những tấm mỏng, một chiếc máy sử dụng quang khắc những vi mạch nhỏ trên mỗi miếng silicon mỏng. Mỗi tấm silicon (wafer) có thể chứa đến hàng trăm bộ vi xử lý và hàng tỷ vi mạch.

Điều quan trọng cuối cùng là hiệu năng – khu vực mà mỗi tấm silicon mỏng có thể được sử dụng như một con chip. Vào những năm 1970, hiệu năng mà các công ty Mỹ có thể tạo ra chỉ là 10%, và tốt nhất là 50%. Trước những năm 1980, người Nhật đạt được mức trung bình là 60%. TSMC được cho đã vượt tất cả với hiệu năng là khoảng 80%.

Qua thời gian, các công ty sản xuất của Đài Loan đã có thể gắn thêm nhiều vi mạch vào một những tấm mỏng hơn. Sử dụng máy quang khắc bằng tia cực tím mới nhất, TSMC có thể ráp 100 tỷ vi mạch lên một bộ vi xử lý, hoặc hơn 100 triệu vi mạch trên mỗi milimét vuông.

Tại sao các công ty Đài Loan lại giỏi đến như vậy?

Không ai dường như biết chính xác lý do vì sao. Tiến sĩ Shih nghĩ điều này là đơn giản: “Chúng tôi có những cơ sở vật chất hoàn toàn mới, với trang thiết bị hiện đại nhất. Chúng tôi tuyển dụng những kỹ sư giỏi nhất. Thậm chí những người vận hành nhà máy đều có kỹ năng cao. Và chúng tôi không chỉ nhập khẩu công nghệ, chúng tôi lĩnh hội được các bài học từ những người thầy Mỹ và áp dụng sự cải tiến liên tục”.

Và người thanh niên trẻ đã có vài năm làm việc tại một trong những công ty điện tử lớn nhất ở Đài Loan đồng ý: “Tôi nghĩ các công ty Đài Loan dở trong việc có được những đột phá lớn trong công nghệ. Nhưng họ rất giỏi trong việc sử dụng ý tưởng của ai đó và cải tiến nó tốt hơn. Điều này có thể được thực hiện thông qua quá trình thử và sai, liên tục cải tiến từ những điều nhỏ”.

Điều này quan trọng bởi vì trong một công ty chất bán dẫn, máy móc cần phải liên tục được cải tiến. Sản xuất những microchip là về mặt kỹ thuật. Nhưng còn hơn thế. Một số người so sánh với chuyện nấu ăn – giống bữa tiệc cho giới sành ăn vậy. Cho hai bếp trưởng cùng công thức và nguyên liệu, đầu bếp giỏi hơn thì nấu ngon hơn.

Nói cách khác, Đài Loan có một công thức bí mật.

Nhưng một thanh niên, không muốn được nêu tên, hoặc tên công ty, cho biết những công ty Đài Loan có một lợi thế khác.

“So sánh với các kỹ sư phần mềm ở Mỹ, thậm chí tại các công ty tốt nhất tại đây, các kỹ sư lại bị trả lương khá tệ”, anh cho biết. “Nhưng nếu so sánh với các ngành công nghiệp khác tại Đài Loan thì lương lại tốt. Vì thế, nếu bạn muốn làm việc cho một công ty điện tử tốt sau vài năm, bạn sẽ có thể vay tiền, mua xe. Bạn sẽ có thể kết hôn. Vì vậy ai nấy cũng đều tận dụng”.

Anh ấy mô tả một tuần làm việc sáu ngày, bắt đầu mỗi ngày với cuộc họp lúc 07:30 và thường kéo dài đến tận 19:00. Anh cũng sẽ bị gọi vào các ngày Chủ nhật hoặc ngày lễ nếu có vấn đề xảy ra ở nhà máy.

“Nếu có người không sẵn sàng làm việc thì công ty sẽ kết thúc. Bởi vì họ sẵn sàng chịu sự vất vả để các công ty có thể thành công”.

Lá chắn silicon

Vào tháng 12/2022, TSMC đã tiến hành động thổ nhà máy trị giá 40 tỷ USD tại bang Arizona của Mỹ. Tổng thống Mỹ Joe Biden đánh giá cao, xem đây là một dấu hiệu cho thấy ngành sản xuất công nghệ cao đang quay trở lại lãnh thổ Mỹ.

Kể từ khi đó, các dòng tiêu đề tin tức trở nên ít rôm rả hơn.

Một tiêu đề như They Wouldn't Listen To Us: Inside Arizona's Troubled Chip Plant, (Họ Sẽ Không Lắng nghe Chúng ta: Bên trong Nhà máy có vấn đề ở Arizona)

Tiêu đề khác ghi ‘TSMC Struggles To Recruit Workers While Facing Pushback From Unions’ (TSMC Chật vật Tuyển dụng Công nhân Trong khi Đối phó trước Sự phản đối của Các nghiệp đoàn).

Sản xuất chip trước đó được cho sẽ bắt đầu vào năm sau. Hiện kế hoạch đã bị đẩy lùi sang năm 2025. Cựu Chủ tịch TSMC, Tiến sĩ Chang ngờ vực sâu sắc từ khi kế hoạch mới bắt đầu. Hồi năm ngoái, ông ấy đã mô tả mở rộng sản xuất chip tại Mỹ là “việc thực hiện tốn kém, hoang phí không hiệu quả” bởi vì sản xuất chip tại Mỹ sẽ tốn kém hơn 50% so với tại Đài Loan. Thế nhưng sức mạnh đã khiến lĩnh vực sản xuất chip của Đài Loan trở thành tâm điểm trong cuộc chiến công nghệ giữa Mỹ và Trung Quốc.

Washington muốn ngăn chặn Đài Loan cung cấp cho Trung Quốc các loại chip tiên tiến với lo ngại Bắc Kinh sẽ sử dụng để tăng cường chương trình phát triển vũ khí và hiện đại hóa trí thông minh nhân tạo.

Sau khi Nga xâm lược Ukaine khiến nguồn cung khí đốt sang châu Âu bị sụt giảm, giới chính trị gia của Mỹ đã lo ngại về Đài Loan. Họ lo sợ rằng việc tập trung khổng lồ việc sản xuất con chip tối tân trên hòn đảo này sẽ khiến nền kinh tế Mỹ dễ bị ‘bắt bài’ nếu xảy ra một cuộc xâm lược của Trung Quốc nhằm vào Đài Loan. Nhưng các công ty Đài Loan lại thấy ít lợi thế kinh tế trong việc di dời hoạt động của nhà máy này ra khỏi đảo này. Họ đang rất lưỡng lự thực hiện điều này, vì áp lực chính trị.

Người dân Đài Loan phẫn nộ trước chuyện bản thân lại bị đổ lỗi cho thành công của chính mình – và Đài Loan nên tự nguyện làm suy yếu, điều mà nhiều người gọi là “lá chắn silicon”, trong khi phần còn lại của thế giới còn chần chừ trong việc có đáng bảo vệ hòn đảo này và xã hội theo thể chế dân chủ trước cuộc tấn công từ Trung Quốc hay không.

Được Mỹ giúp, cơ hội của Việt Nam bước sâu vào ngành chip bán dẫn ra sao?

Tiến sĩ Shin nói những người đang ra sức tái cấu trúc một cách bắt buộc việc sản xuất chip toàn cầu, đã hiểu sai về sự thành công của Đài Loan.

“Nếu bạn nhìn vào lịch sử ngành chất bán dẫn, không một quốc gia nào thống trị ngành công nghiệp này”, ông nói. “Đài Loan có thể thống trị lĩnh vực sản xuất. Nhưng có một chuỗi cung ứng rất dài và sự cải tiến từ mọi lĩnh vực trong ngành, giúp tạo nên sự phát triển trong ngành công nghệ này”.

Rất nhiều nguồn silicon thô của thế giới có nguồn gốc từ Trung Quốc, mặc dù, hầu hết trong số này đều đi vào ngành năng lượng mặt trời. Đức và Nhật Bản đi đầu trong các chất hóa học cần thiết để sản xuất những tấm mỏng wafer.

Carl Zeiss, một công ty chuyên sản xuất những sản phẩm quang học của Đức nổi tiếng với chế tạo mắt kính và ống kính máy ảnh, đã sản xuất những thiết bị quang học được sử dụng trong các máy quang khắc được chế tạo bởi một ASML, công ty Hà Lan hàng đầu trong lĩnh vực này. Quá trình chế tạo đòi hỏi rất nhiều công sức cần có cho những thiết kế có nguồn gốc từ những công ty Mỹ hoặc Arm có trụ sở tại Anh.

Tiến sĩ Shih ngờ vực về chuyện Bắc Kinh có thể tái tạo chuỗi cung ứng này – từ vật liệu cho đến thiết kế, cho đến sản xuất tiên tiến – bên trong Trung Quốc.

“Nếu họ muốn tạo một mô hình khác biệt thì tôi chúc họ may mắn”, ông nhún vai nói.

“Bởi vì nếu bạn thật sự muốn sự cải tiến, bạn cần mọi người cùng làm việc từ khắp nơi trên thế giới. Không chỉ là một công ty hay một quốc gia nào”.

Ông ta cũng ngờ vực về chuyện tách biệt Trung Quốc như cách Mỹ đã và đang thực hiện.

“Tôi nghĩ đây có lẽ là một lỗi lớn”, ông nói. “Khi tôi nhìn lại, tôi cảm thấy mình may mắn khi đã chứng kiến được sự phát triển thần kỳ của nền kinh tế Đài Loan và thời kỳ hoà bình kéo dài này. Hiện tôi chứng kiến xung đột ở các nơi khác trên thế giới, và tôi lo ngại chuyện này có thể xảy đến tại châu Á”.

“Tôi hy vọng mọi người trân trọng nỗ lực quý giá mà chúng tôi đã tạo dựng và đừng phá hủy nó”.

Rupert Wingfield-Hayes

Nguồn: BBC Tiếng Việt