Trong cuộc cạnh tranh bán dẫn giữa Mỹ và Trung Quốc, sự chú ý thường đổ dồn vào TSMC, ASML hay các lệnh hạn chế xuất khẩu chip AI. Tuy nhiên, một mắt xích ít được biết đến hơn lại nằm ở thị trấn nhỏ Spruce Pine, bang North Carolina (Mỹ), nơi chỉ có khoảng 2.000 cư dân nhưng giữ vai trò đặc biệt trong chuỗi cung ứng toàn cầu.
Nguồn cung thạch anh siêu tinh khiết chiếm ưu thế tuyệt đối
Spruce Pine hiện là nguồn cung cấp thạch anh siêu tinh khiết (High Purity Quartz - HPQ) quan trọng nhất thế giới. Theo các chuyên gia, khoảng 70% đến 90% lượng HPQ dùng để sản xuất chén nung thạch anh phục vụ ngành bán dẫn có nguồn gốc từ khu vực này.
HPQ là vật liệu thiết yếu trong quy trình sản xuất silicon đơn tinh thể, nền tảng tạo ra các tấm wafer trước khi chế tạo thành chip. Trước khi một chip AI, bộ xử lý iPhone hay vi xử lý xe điện ra đời, chúng đều phải trải qua công đoạn phụ thuộc vào loại vật liệu này.
Vai trò không thể thiếu trong quy trình Czochralski
Trong phương pháp Czochralski, polysilicon được nung chảy trong chén nung làm từ thạch anh cực tinh khiết, sau đó tinh thể silicon được kéo lên tạo khối đơn tinh thể. Những khối này được cắt thành wafer để chế tạo hàng tỷ bóng bán dẫn. Chỉ cần một lượng tạp chất nhỏ trong chén nung cũng có thể hòa lẫn vào silicon nóng chảy, làm giảm chất lượng wafer và ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ thành phẩm. Ngành bán dẫn đòi hỏi thạch anh có độ tinh khiết lên tới khoảng 99,999% – một con số rất ít mỏ trên thế giới đáp ứng được.
Món quà địa chất 380 triệu năm
Điều khiến Spruce Pine đặc biệt không nằm ở công nghệ khai thác mà ở điều kiện địa chất hiếm có. Theo tài liệu của Sibelco và các nghiên cứu, các mỏ thạch anh tại đây hình thành khoảng 380 triệu năm trước, khi lục địa châu Phi va chạm với Bắc Mỹ. Quá trình địa chất kéo dài hàng triệu năm cùng nhiệt độ, áp suất và thành phần khoáng vật đặc biệt đã tạo nên loại thạch anh có độ tinh khiết gần như không nơi nào khác đạt được ở cùng quy mô khai thác. Nhiều chuyên gia gọi lợi thế này là một "tai nạn địa chất" hay món quà thiên nhiên ban tặng.
Sự phụ thuộc toàn cầu bị phơi bày sau bão Helene
Sự phụ thuộc của ngành bán dẫn vào Spruce Pine thể hiện rõ sau khi bão Helene đổ bộ vào North Carolina năm 2024. Trận lũ khiến hoạt động khai thác tạm dừng, làm dấy lên lo ngại trong toàn ngành. Financial Times dẫn thông tin cho biết nếu việc gián đoạn kéo dài, chuỗi cung ứng cho điện thoại thông minh, máy tính, máy chủ AI và tấm pin mặt trời đều có thể chịu tác động. Dù các nhà sản xuất wafer còn tồn kho đủ duy trì hoạt động vài tháng và các mỏ nhanh chóng khôi phục, sự kiện này đã phơi bày điểm yếu ít người để ý trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu.
Giá trị nhỏ nhưng vai trò chiến lược
Giá trị của HPQ không nằm ở tỷ trọng chi phí trong một con chip. Thạch anh chỉ chiếm phần rất nhỏ trong giá thành cuối cùng, nhưng lại là nút thắt của toàn bộ quy trình. Nếu không có nguồn vật liệu đạt tiêu chuẩn để sản xuất chén nung, quá trình tạo silicon đơn tinh thể sẽ bị ảnh hưởng, và toàn bộ chuỗi sản xuất phía sau có nguy cơ gián đoạn. Đây là ví dụ điển hình cho thấy sự mong manh trong chuỗi cung ứng công nghệ cao: ngay cả những thành phần có giá trị kinh tế không lớn vẫn có thể trở thành mắt xích chiến lược nếu khó thay thế.
Khó thay thế nguồn cung từ Spruce Pine
Liệu các quốc gia khác có thể nhanh chóng thay thế Spruce Pine? Câu trả lời hiện nay là rất khó. Một số nguồn HPQ khác tồn tại tại Brazil, Nga, Trung Quốc và Ấn Độ, trong khi thạch anh tổng hợp đã được phát triển cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng chưa nơi nào kết hợp được đồng thời độ tinh khiết, quy mô trữ lượng, khả năng khai thác và tính kinh tế như các mỏ tại Spruce Pine. Báo cáo của CRU cũng cho biết hiện chỉ có một số rất ít doanh nghiệp trên thế giới sản xuất HPQ chất lượng cao ở quy mô thương mại, trong đó hai nhà khai thác tại Spruce Pine vẫn thống lĩnh thị trường. Việc xây dựng nguồn cung thay thế không chỉ đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn mà còn cần nhiều năm phát triển mỏ, xây dựng cơ sở chế biến và kiểm định chất lượng.
Trung Quốc phụ thuộc nặng nề
Tầm quan trọng của HPQ từ Spruce Pine cũng thể hiện rõ đối với Trung Quốc. Trong nhiều năm, nước này là thị trường tiêu thụ HPQ lớn nhất thế giới nhưng phụ thuộc đáng kể vào nhập khẩu, đặc biệt từ các mỏ tại Spruce Pine, đáp ứng từ 70% đến 80% nhu cầu. Sự phụ thuộc đó khiến chuỗi cung ứng của Trung Quốc nhạy cảm trước các biến động địa chính trị và thương mại, đồng thời là một trong những lý do khiến Bắc Kinh đẩy mạnh tìm kiếm mỏ HPQ trong nước, đưa loại khoáng sản này vào danh mục khoáng sản chiến lược và đầu tư vào công nghệ tinh chế nhằm giảm dần sự lệ thuộc.
Chính vì vậy, nhiều chuyên gia cho rằng lợi thế của Mỹ trong cuộc cạnh tranh bán dẫn không chỉ nằm ở các công ty thiết kế chip, phần mềm thiết kế điện tử hay quy định kiểm soát xuất khẩu công nghệ. Ẩn sâu dưới lòng đất của một thị trấn nhỏ thuộc dãy Appalachia còn tồn tại một nguồn tài nguyên đặc biệt mà khoa học hiện đại chưa thể tạo ra ở cùng quy mô bằng công nghệ.
