Khi giới hạn vật lý khiến việc thu nhỏ bóng bán dẫn dần trở nên bất khả thi, các hãng chip lớn như Nvidia buộc phải chuyển sang khâu đóng gói chip tiên tiến như một giải pháp sống còn. Đây là quy trình ghép nối hàng chục linh kiện vi mạch vào một module chỉ nhỏ bằng lòng bàn tay, tạo ra những bộ vi xử lý đủ sức gánh vác các tác vụ AI phức tạp. Khâu này, còn được gọi là lắp ráp, bọc các tấm silicon trần trong lớp nhựa bảo vệ và gắn đầu nối để truyền tín hiệu. Tuy nhiên, chính khâu từng bị xem nhẹ này lại trở thành điểm nghẽn lớn nhất của ngành AI và đang định đoạt vị thế của Mỹ trong cuộc đua công nghệ toàn cầu.
Theo Hiệp hội Điện tử Toàn cầu, thị phần đóng gói chip của Mỹ chỉ vỏn vẹn khoảng 3%. Trong khi đó, TSMC – nhà sản xuất chip hiện đại nhất cho Nvidia và các “gã khổng lồ” AI – kiểm soát khoảng 95% thị phần đóng gói tiên tiến toàn cầu. Các nhà cung cấp và đối tác trọng yếu của TSMC cũng chủ yếu đặt tại Đài Loan, khiến bất kỳ sự gián đoạn nào ở khu vực này đều có thể tác động trực tiếp đến toàn bộ chuỗi cung ứng AI của Mỹ.
TSMC nắm trọn khâu quyết định
Tiến sĩ Subramanian Iyer, 72 tuổi, cựu kỹ sư IBM và hiện là giáo sư tại Đại học California, đã dành nhiều thập kỷ nghiên cứu về công nghệ đóng gói. Ông từng bị xem là theo đuổi một mảng ngách trầm lắng, nhưng giờ đây chính mảng ngách đó lại quyết định cục diện cuộc đua AI. Iyer và các giám đốc điều hành trong ngành đang chứng kiến vị thế lãnh đạo của Mỹ rơi vào tay công ty thống trị cả khâu sản xuất lẫn đóng gói chip tiên tiến: TSMC.
Trong ngành, TSMC hiện dẫn đầu với công nghệ đóng gói tiên tiến mang tên CoWoS. Công nghệ này giúp ghép số lượng khổng lồ bóng bán dẫn trong một con chip duy nhất. Bộ vi xử lý Rubin mới của Nvidia sử dụng CoWoS để ghép hai chip AI cỡ lớn với tám khối bộ nhớ tốc độ cao, mỗi khối chứa 12 chip, quy tụ tới 336 tỷ bóng bán dẫn trong một gói. TSMC dự báo số bóng bán dẫn trên mỗi gói sẽ tăng gấp 48 lần vào năm 2029 so với mức năm 2024.
Kế hoạch Arizona đổ bể
Giới hoạch định chính sách Mỹ đã đổ hàng tỷ USD từ Đạo luật CHIPS để thúc đẩy sản xuất nội địa. Tiến sĩ Iyer từng đề xuất xây một trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ đóng gói tại bang Arizona, với khoản tài trợ 1,1 tỷ USD từ chính quyền Biden. Tuy nhiên, kế hoạch đã bị chính quyền Trump vô hiệu hóa vào năm 2025.
“Họ đã hắt đổ cả chậu nước lẫn đứa trẻ sơ sinh ở bên trong. Cuối cùng, chúng ta lại rơi vào tình cảnh phụ thuộc vào TSMC trầm trọng hơn bao giờ hết”, Iyer thẳng thắn chia sẻ. Thực tế càng phức tạp hơn khi TSMC, dù nhận tài trợ để xây nhà máy lớn ở Arizona, không có kế hoạch triển khai CoWoS tại bang này cho đến tận năm 2028 hoặc 2029. Do đó, mọi con chip sản xuất tại Mỹ hiện nay đều phải gửi ngược về Đài Loan để hoàn tất khâu đóng gói.
Thiếu hụt nguồn cung và chi phí leo thang
Nhu cầu AI tăng vọt khiến TSMC chật vật theo kịp đơn hàng. Theo ước tính của Handel Jones, nhà phân tích tại International Business Strategies, sản lượng CoWoS của TSMC đang thiếu hụt khoảng 30% so với nhu cầu. Trong khi đó, chi phí cũng là rào cản lớn. Bà Jan Vardaman, Chủ tịch công ty nghiên cứu TechSearch International, cho biết việc đóng gói một con chip tiên tiến có thể tiêu tốn tới 500 USD, trong khi các gói cơ bản hơn chỉ có giá khoảng 40 USD.
Trước bài toán này, giới chuyên môn cho rằng cần phát triển công nghệ đóng gói hoàn toàn mới. Syenta, một startup có trụ sở tại Australia, đề xuất phương pháp sử dụng kỹ thuật điện hóa để tạo ra các khối đóng gói siêu lớn. Cách làm này giúp tinh gọn số bước sản xuất, đồng thời tăng băng thông giao tiếp lên tới 20 lần.
Những nỗ lực phá thế độc quyền
Các doanh nghiệp khác cũng bắt đầu liên kết để giảm phụ thuộc. Resonac, tập đoàn hóa chất Nhật Bản, gần đây công bố liên minh đóng gói gồm 12 công ty và xây dựng một dây chuyền sản xuất thử nghiệm gần Thung lũng Silicon. Động thái này cho thấy khâu đóng gói không còn là công đoạn phụ trợ mà đã trở thành mặt trận chiến lược trong cuộc đua AI.
Với việc Mỹ vẫn đang phải phụ thuộc vào TSMC cho cả sản xuất lẫn đóng gói, việc xây dựng năng lực nội địa không chỉ là bài toán công nghệ mà còn là câu chuyện an ninh kinh tế. Những khoản đầu tư hàng tỷ USD cùng các sáng kiến mới có thể giúp thay đổi cục diện trong tương lai, nhưng trước mắt, Đài Loan vẫn là trung tâm không thể thay thế trong chuỗi cung ứng chip AI toàn cầu.
