Việc chúng ta có nhà máy chế tạo chip đầu tiên là một bước đi rất tham vọng. Tuy nhiên, để đánh giá đúng ý nghĩa của bước đi này, cần quay lại một câu hỏi nền tảng hơn trong cách vận hành của ngành bán dẫn hiện đại: trong thực tế, cái gì sinh ra cái gì – fab (nhà máy chế tạo chip) hay fabless (doanh nghiệp thiết kế chip)? Và quan trọng hơn, Việt Nam đang đứng ở đâu trong chuỗi nhân - quả đó?
Fabless có thể tồn tại độc lập, còn fab thì không
Về mặt lịch sử, đúng là fab xuất hiện trước. Ở thời kỳ đầu, các tập đoàn như Fairchild, Intel, Texas Instruments hay NEC, các công ty đều theo mô hình IDM - vừa thiết kế, vừa sở hữu nhà máy sản xuất chip. Nhưng ngành bán dẫn đã tiến hóa rất xa kể từ đó. Sự ra đời của TSMC, hãng sản xuất chip theo hợp đồng lớn nhất thế giới, vào cuối thập niên 1980 đã tạo ra một trật tự mới: mô hình foundry - fabless.
Trong trật tự này, fabless có thể tồn tại và phát triển độc lập, dựa trên IP (bản quyền thiết kế), EDA (phần mềm, công cụ thiết kế chip), đội ngũ kỹ sư và khả năng tiếp cận thị trường. Ngược lại, fab trở thành một ngành siêu vốn hóa, chuyên môn hóa rất sâu, và chỉ có thể tồn tại bền vững khi có nhu cầu wafer (tấm silicon sản xuất chip) đủ lớn và ổn định. Nói cách khác, trong thế giới hiện đại, fab không "đẻ" ra fabless, mà chính fabless mới tạo ra cầu để fab sống được.
Trung Quốc là một ví dụ điển hình. Hãng sản xuất chip của Trung Quốc SMIC không tạo ra hệ sinh thái fabless Trung Quốc. Ngược lại, chính các công ty như Huawei/HiSilicon chịu trách nhiệm mảng thiết kế chip của Huawei, các nhà sản xuất thiết bị tiêu dùng và chính sách công nghiệp định hướng thị trường mới là những yếu tố tạo ra cầu đủ lớn để nuôi SMIC. Khi cầu yếu, fab sẽ "đói" khách, bất kể nhà nước có bơm bao nhiêu tiền.
Nhu cầu của thị trường, cụ thể là sản lượng đặt hàng, không tự nhiên hình thành mà đến từ một vài khách hàng fabless đủ lớn, đủ ổn định, đặt wafer đều đặn qua nhiều năm. Đây là điểm then chốt khi nhìn vào Việt Nam: hiện tại, chúng ta chưa có một khách hàng thiết kế chip trụ cột (anchor fabless) đủ lớn, chưa có wafer volume nội địa được đảm bảo. Vì vậy, rủi ro là fab có thể rơi vào tình trạng thiếu khách hàng nghiêm trọng trước khi hệ sinh thái fabless kịp trưởng thành.
Công nhân sản xuất chip tại một nhà máy của công ty bán dẫn Jiejie ở tỉnh Giang Tô, Trung Quốc năm 2021. Ảnh: AFP.
Khách hàng trụ cột có thể hiểu đơn giản là những công ty thiết kế chip có quy mô đủ lớn để đặt hàng hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn phiến wafer mỗi năm, với lộ trình sản phẩm rõ ràng và ổn định. Đó là những khách hàng giúp fab duy trì công suất, học hỏi về tỷ lệ chip đạt chuẩn, tối ưu quy trình và giảm chi phí. Nếu không có khách hàng trụ cột, fab dù có tiền đầu tư ban đầu vẫn rất rủi ro, vì không có dòng cầu đủ lớn để nuôi sống bộ máy vận hành cực kỳ tốn kém.
Một thực tế cần được nhìn thẳng là: fab, dù là fab quốc gia hay fab doanh nghiệp tự thân, cũng không tự sinh ra nhu cầu. Fab chỉ sống khi có sản lượng đặt hàng. Đơn hàng chỉ có khi có sản phẩm đi vào đời sống. Và để sản phẩm đi vào đời sống, cuối cùng vẫn quay lại câu hỏi cũ: ai thiết kế, ai hiểu thị trường, ai bán được hàng?
Trong 10 - 15 năm đầu, fabless nội địa gần như không thể "nuôi" được fab nội địa. Quy mô thị trường trong nước hiện nay là quá nhỏ để tạo ra nhu cầu đặt hàng đủ lớn. Muốn sống được, fab buộc phải vươn ra thị trường toàn cầu. Nhưng thị trường toàn cầu là cuộc chơi của những ông lớn, với chuỗi cung ứng đã rất chặt chẽ, quan hệ khách hàng – nhà máy đúc chip được xây dựng qua hàng chục năm, và rào cản gia nhập cực kỳ cao. Việc chen chân vào chuỗi này không phải là điều không thể, nhưng chắc chắn không dễ và không nhanh.
Khó cạnh tranh
Về mặt công nghệ và vốn đầu tư, số tiền đầu tư cho fab cần được nhìn một cách rất thực tế. Một fab 300mm ở node tiên tiến hiện nay thường tiêu tốn từ 5 đến 50 tỷ USD chỉ riêng chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX), chưa kể chi phí vận hành hàng năm cho điện, nước siêu tinh khiết, hóa chất, bảo trì thiết bị và đội ngũ kỹ sư quy trình, kỹ sư tối ưu sản lượng.
Với quy mô khoảng 500 triệu USD, kịch bản hợp lý nhất là một fab thử nghiệm 200mm ở tiến trình công nghệ đã cũ, ổn định như 32nm, sử dụng nhiều thiết bị thế hệ cũ, có thể là thiết bị đã qua sử dụng từ Nhật Bản. Đây không phải là lựa chọn tiêu cực; ngược lại, đó là một cách tiếp cận thực tế để "học làm fab".
Tuy nhiên, lựa chọn này cũng đặt ra những giới hạn rất rõ ràng: năng suất thấp, tỷ lệ chip đạt chuẩn ban đầu gần như chắc chắn không cao, và chi phí trên mỗi phiến wafer sẽ khó cạnh tranh với các nhà máy đúc chip đã vận hành hàng chục năm. Quan trọng hơn, CAPEX chỉ là vé vào cửa. Thách thức lớn hơn nằm ở OPEX (chi phí vận hành). Một fab bán dẫn, ngay cả khi không có khách hàng, vẫn phải chạy hệ thống phòng sạch 24/7, tiêu tốn lượng điện, nước và hóa chất khổng lồ. Nếu tỷ lệ chip đạt chuẩn thấp, mỗi con chip làm ra sẽ gánh một chi phí vận hành rất lớn. Đây mới là "bẫy đốt tiền" thực sự khiến nhiều dự án fab thí điểm trên thế giới đã chết yểu khi không có nguồn vốn lưu động đủ mạnh để duy trì trong nhiều năm.
Việc chọn lựa tiến trình công nghệ "từ 32nm" cũng cần được hiểu đúng. 32nm là công nghệ của giai đoạn 2010-2012, phù hợp cho nhiều ứng dụng quốc phòng, hạ tầng viễn thông cũ thế hệ cũ, Internet Vạn Vật (IoT) hay ô tô, nhưng không phải là nơi tạo ra lợi nhuận biên cao hay sức hút thương mại lớn. Sau đó, việc nâng tiến trình công nghệ, từ 32nm sang các tiến trình tiên tiến hơn – các node nhỏ hơn không chỉ là chuyện mua thêm máy móc, mà là câu chuyện của tích hợp quy trình (process integration), tối ưu sản lượng (yield learning curve) và kinh nghiệm vận hành tích lũy hàng chục năm - thứ không có đường tắt và rất khó "mua" bằng tiền hay chuyển giao trên giấy tờ.
Một tấm bán dẫn và chip được Intel trưng bày tại Triển lãm Computex 2024, diễn ra ở Đài Loan hồi tháng 6/2024. Ảnh: Khương Nha
Fab có kéo được hệ sinh thái đi lên?
Một lập luận thường được đưa ra là "có fab thì hệ sinh thái sẽ kéo nhau đi lên". Về mặt lý thuyết, điều này đúng. Fab có thể kéo theo vật liệu, thiết bị, kỹ thuật quy trình và đào tạo nhân lực. Nhưng yếu tố quyết định nằm ở "thời điểm".
Ở thời điểm hiện tại, Việt Nam vẫn thiếu nhiều nền tảng quan trọng: chuỗi cung ứng vật liệu nội địa gần như chưa có; phụ thuộc hoàn toàn vào bản quyền thiết kế, phần mềm, công cụ thiết kế Chip của nước ngoài; hạ tầng điện, nước và hóa chất ở quy mô fab chưa được kiểm chứng lâu dài; và hệ thống bảo vệ sở hữu trí tuệ chưa đủ mạnh để tạo niềm tin cho các fabless lớn. Trong bối cảnh đó, nguy cơ là fab không kéo hệ sinh thái đi lên.
Trong trưởng hợp "nhà nước bù lỗ", cũng cần được nhìn nhận thực tế lịch sử của ngành. Mỹ, Hàn Quốc hay Đài Loan từng bù lỗ cho ngành bán dẫn, nhưng họ làm điều đó khi đã có cầu rất rõ ràng: TSMC có khách hàng lớn ngay từ những ngày đầu; Samsung có hệ sinh thái nội địa khổng lồ; Mỹ triển khai CHIPS Act khi chuỗi cung ứng đã chứng minh vai trò chiến lược sống còn. Còn nếu bù lỗ cho một giả định rằng fab sẽ tự tạo ra hệ sinh thái và cầu trong tương lai - một canh bạc lớn, gần với "all-in" hơn là một chiến lược đầu tư từng bước.
Yếu tố địa chính trị càng làm bài toán phức tạp hơn. Việt Nam nằm gần Trung Quốc, chịu áp lực từ các cơ chế kiểm soát xuất khẩu công nghệ của Mỹ và đồng minh. Ngay cả SMIC, với nguồn lực tài chính và chính trị rất lớn, vẫn bị kìm hãm nhiều năm bởi các hạn chế thiết bị. Việt Nam khó có một con đường dễ dàng hơn.
Tuy nhiên, nếu gạt bỏ lăng kính thương mại thuần túy, việc xây dựng nhà máy chip vẫn có một vai trò rõ ràng: an ninh quốc phòng. Trong bối cảnh địa chính trị phức tạp, việc tự chủ được các dòng chip ở các tiến trình công nghệ cũ đã ổn định, dù ở các node như 32nm hay 65nm cho khí tài quân sự và hệ thống viễn thông chiến lược là vô giá. Khi đó, khoản lỗ về kinh tế hay chi phí khấu hao cao không còn nên được nhìn như lỗ tài chính, mà là "chi phí bảo hiểm" cho an ninh quốc gia - thứ không thể đo bằng lãi - lỗ thông thường.
Vì vậy, câu hỏi cốt lõi vẫn là: chúng ta đang xây fab để phục vụ thị trường, hay để tạo năng lực quốc gia? Nếu là vế thứ hai, cần nói thẳng như vậy và thiết kế chính sách phù hợp. Còn nếu kỳ vọng fab sẽ tự kéo thị trường và fabless đi lên, thì kinh nghiệm toàn cầu cho thấy điều đó rất khó xảy ra khi cầu chưa có trước.
Nói cách khác, trong câu chuyện "con gà - quả trứng", bán dẫn hiện đại thường bắt đầu từ con gà - fabless và nhu cầu thị trường. Việc xây quả trứng - fab trước có thể hợp lý nếu coi fab là hạ tầng chiến lược, nhưng sẽ rất thách thức nếu kỳ vọng nâng hệ sinh thái bán dẫn thành một ngành công nghiệp thương mại bền vững khi chưa có thị trường.
---
Chú thích:
*Node (hay process node) là tên gọi quy ước để chỉ thế hệ công nghệ sản xuất chip, ban đầu liên quan đến kích thước tính bằng nanomet của các thành phần nhất định trên chip. Tuy nhiên từ các node tiên tiến (~7 nm trở xuống), con số này không còn phản ánh bất kỳ kích thước vật lý cụ thể nào nữa mà chủ yếu là tên thương mại biểu thị mức cải tiến về mật độ transistor, hiệu năng và điện năng so với thế hệ trước.