Cuộc chiến tranh công nghệ bán dẫn và máy tính. Phần 3: Kỹ thuật Quang khắc trong sản xuất chip

Kỹ thuật này sử dụng một thiết bị tinh vi gọi là Máy Quang khắc- Photolithography Machine, thiết bị nguồn để sản xuất chip.

Kỹ thuật Quang khắc – Photolithography là gì mà quan trọng thế?

Kỹ thuật này sử dụng một thiết bị tinh vi gọi là Máy Quang khắc- Photolithography Machine, thiết bị nguồn để sản xuất chip. Nó sử dụng công nghệ sao chép tương tự để in các hoa văn nhỏ trên Mask (mặt nạ) lên tấm silicon thông qua việc tiếp xúc với ánh sáng. Nó còn được gọi là máy phơi sáng. Muốn sản xuất chip thì phải có máy Quang khắc, và công nghệ sản xuất máy Quang khắc (Quang khắc – Photolithography) được kiểm soát ở một số rất ít quốc gia như Hà Lan, Nhật Bản, Đức, Mỹ, Trung Quốc. Trong số đó, Hà Lan có công nghệ máy Quang khắc tiên tiến nhất. Máy Quang khắc cao cấp nhất của nó thậm chí đã đạt đến mức phân giải 2 nanomet.

Máy Quang khắc (photolythography) của hãng AMSL (HàLan) hiện đại nhất ngày nay.

Khó khăn của việc sản xuất máy Quang khắc là gì?

Chúng ta có thể nhìn vào CPU trong chiếc điện thoại di động cũ của mình, chỉ có kích thước bằng móng tay nhưng có số mạch điện nhiều khủng khiếp được khắc trên đó. Có người đã từng ví von việc này thậm chí còn khó hơn khắc bức tranh Thanh Minh thượng hà của họa sĩ thời Bắc Tống Trương Trạch Đoan (張擇端) kích thước 528.7×24.8mm (清明上河圖張擇端的畫) lên sợi tóc. Để phát triển công nghệ Quang khắc, Trung Quốc đã từng sang Đức để quan sát nghiên cứu, học hỏi, nhưng họ đã phải thừa nhận rằng: “Cho dù có được đưa cho một bộ bản vẽ đầy đủ, thì cũng không thể làm nổi”.

Đây không phải là chuyện coi thường ai, mà là muốn nói máy Quang khắc có yêu cầu kỹ thuật cực kỳ cao. Ngay cả khi nó là một máy Quang khắc cấp thấp, nó cũng là một cỗ máy bao gồm hàng chục nghìn bộ phận chính xác và hàng trăm bộ phận có độ chính xác cực kỳ cao. Điều quan trọng nhất là sai số của nó gần như bằng không, chỉ một phần vạn sợi tóc. Thực ra trong thời kỳ Chiến tranh Lạnh, phe Nga đã làm được máy Quang khắc thế hệ đầu không kém gì phương Tây nhờ liên kết với công nghệ chính xác của Đông Đức với doanh nghiệp lừng danh Carl Zeiss Jena.

Một chiếc máy Quang khắc cao cấp thường là sự kết tinh trí tuệ của hàng chục quốc gia, và mọi linh kiện đều được chế tạo bởi công nghệ hàng đầu của một quốc gia nên máy Quang khắc còn được mệnh danh là hoa hậu của ngành quang học hiện đại.

Làm thế nào để Nga vượt qua ảnh hưởng của việc không có máy Quang khắc hiện đại?

Thứ nhất, trước khi bị cấm vận vì Crimea hơn 90% chip của Nga dựa vào nhập khẩu, nhưng cũng chính vì lý do này mà Nga đang ở vị thế của một nước tiêu dùng cuối cùng trong chuỗi bán chip. Bạn chỉ cần bỏ tiền ra mua những con chip này. Khi với tư cách là người mua hơn là người bán, Nga đương nhiên không cần lo lắng về tác động của chiếc máy Quang khắc. Cấm vận thì Mỹ và phương Tây mất một khách hàng sộp, thì thiệt hại cho Mỹ cũng không nhỏ vì mất thị trường chip khổng lồ như vậy ở Nga.

Thứ hai, Mỹ có lợi thế về chip của Mỹ, thì Nga buộc cũng phải có những khám phá mới trong việc nghiên cứu bộ dao động tinh thể kích thích bằng bóng điện tử nhỏ (mini electronic tube). Các nhà nghiên cứu Nga đã tiến hành một loạt nghiên cứu chuyên về công nghệ mạch tương tự – lĩnh vực mà đất nước Nga thống trị, và cuối cùng Nga đã tìm ra giải pháp, đó là thay thế chip quân sự bằng bộ dao động tinh thể kích thích, giảm bớt sức mạnh của các lệnh trừng phạt chip của Mỹ.

Và kết quả nghiên cứu này cũng được áp dụng trên thực tế, hệ thống tên lửa phòng không S-400 của Nga được sử dụng kết quả nghiên cứu này, không cần chip mà vẫn đầy uy lực không kém các hệ thống của Mỹ dùng chip.

Hệ thống tên lửa phòng không S-400 có khả năng tác chiến mạnh, với tầm xa, tầm trung và tầm ngắn và khả năng tác chiến phòng thủ tầm cao, tầm trung và tầm thấp. Đối với tên lửa hành trình Tomahawk của Mỹ, hệ thống này có thể đánh chặn xuất sắc tên lửa Tomahawk bằng cách kết hợp giữa phòng thủ vị trí và phòng thủ di động. Nó không những có thể nâng cao khả năng phòng thủ mà còn rất kinh tế và dễ sử dụng. Đồng thời, nó được coi là tốt nhất trong tất cả các hệ thống tên lửa phòng không trên thế giới hiện nay.

Không chỉ vậy, Nga còn nắm trong tay nhiều vũ khí hạt nhân cực mạnh, bao gồm tàu ngầm hạt nhân, bom hạt nhân, máy bay ném bom,… trong đó số lượng tàu ngầm hạt nhân và máy bay ném bom của họ rất lớn, điều này hạn chế nghiêm trọng vũ khí quân sự đáng tự hào nhất của Mỹ – Hàng không mẫu hạm.

Và thành công gần đây của Nga trong lĩnh vực tên lửa siêu thanh đã củng cố thêm sức mạnh quân sự mạnh mẽ của nước này. Thất bại của Mỹ trong việc nghiên cứu tên lửa siêu thanh cũng chứng tỏ rằng Nga không thể bị vượt qua trong lĩnh vực quân sự. Đây là một trong những lý do khiến Mỹ không dám hành động hấp tấp.

Thứ ba, ngay cả khi việc thiếu các máy Quang khắc (Photolithography) tiên tiến dẫn đến việc Nga bị tụt hậu trong ngành công nghiệp chip, thì nhìn tổng thể, Nga cũng không thua kém Mỹ về mặt điện tử. Hệ thống tác chiến điện tử Murmansk-BN do nước Nga nghiên cứu và trang bị là hệ thống tác chiến điện tử cấp chiến lược rất hiếm. So với chất bán dẫn do Mỹ nghiên cứu, nó có thể chống lại bức xạ hạt nhân và đồng thời bền hơn. Phạm vi gây nhiễu của hệ thống này là 5.000 km, và việc phá vỡ chuỗi cung ứng thông tin là điều đương nhiên.

Tuy có những biện pháp kỹ thuật đối phó tạm thời trong quân sự như vậy nhưng con chip thì vẫn rất quan trọng.

Chip có trong mọi ngõ ngách của cuộc sống hằng ngày. Có chip trong tủ lạnh, TV, điện thoại di động, máy tính, ô tô, tàu cao tốc, máy bay… và các đồ nội thất khác. Nhưng nhìn vào toàn bộ thị trường chip hiện đại, Nga và Trung Quốc chỉ chiếm lượng khiêm tốn.

Nga và Trung Quốc đã đạt được bước nào trong lĩnh vực này?

Về công nghệ chip của Nga như đã nói ở trên, Nga đã tự lực được việc thiết kế chế tạo mọi loại chip dân dụng và chuyên dụng với giới hạn công nghệ 28nm.

Về chip Trung Quốc

Năm 2017, siêu máy tính “Shenwei Taihu Light-神威·太湖之光 -Thần Uy. Thái hồ chi quang” của Trung Quốc sử dụng chip nội địa “Shenwei 26010-神威Thần Uy” đã giành chức vô địch thế giới ba lần liên tiếp trong lĩnh vực siêu máy tính. Đây chỉ là một mô hình thu nhỏ của công nghệ chip của Trung Quốc. Ngoài ra, bộ vi xử lý Kirin của Huawei HiSilicon từ lâu đã nằm trong top chip điện thoại di động hàng đầu thế giới. Công ty Shanghai Microelectronics – SIMIC. Co cũng đưa ra một tin vui: Đột phá được cấm vận, phát triển được máy Quang khắc (Photolithography) 22 nanomet.

Nhưng hiện tại, so với Mỹ, Hà Lan, Nhật Bản và các nước khác, công nghệ của Trung Quốc trong lĩnh vực chip này vẫn chưa trưởng thành và chủ yếu dựa vào lượng lớn nhập khẩu.

Trên thực tế, từ những năm 1980, công nghệ bán dẫn trên đất Trung Quốc tương đối tiên tiến, nhưng là do các công ty nước ngoài tự do hóa thương mại nắm. Ở Trung Quốc ý tưởng “mua tốt hơn tự xây dựng” đã trở nên cực kỳ phổ biến từ những năm 1980. Dù sau này điều này bị chỉ trích dữ dội, nhưng vào thời đại đó, ngành công nghiệp bán dẫn của riêng Trung Quốc rất trì trệ. Mãi đến những năm 1990, họ mới nhận ra tầm quan trọng của đổi mới/sáng tạo và bắt đầu theo đuổi trình độ tiên tiến quốc tế.

Trình độ tiên tiến nhất của thế giới sắp đạt được mục tiêu sản xuất hàng loạt nano-5, trong khi Trung Quốc hiện chỉ có thể hoàn thiện công nghệ Quang khắc (Photolithography) 22 nanomet. Vì vậy, Trung Quốc cần phải tìm kiếm những đột phá về công nghệ trong khoảng thời gian ngắn này, bắt kịp trình độ quốc tế nhanh hơn và hiện thực hóa giấc mơ nghiên cứu và phát triển độc lập chip cao cấp càng sớm càng tốt.

Nó không chỉ đánh dấu mức độ phát triển công nghệ của một quốc gia mà còn đóng vai trò quyết định đối với vị thế quốc tế của một quốc gia. Việc một quốc gia có khả năng nghiên cứu và phát triển chip một cách độc lập hay không và các chip được phát triển có ở trình độ hàng đầu hay không đều liên quan đến tiếng nói và sự hiện diện của quốc gia đó trên trường quốc tế, được các quốc gia khác tôn trọng. Cái đó được gọi là “Trung Quốc cốt lõi”.

Mặc dù Nga ngày nay tự tin không sợ hãi trước sức mạnh quân sự và những phát minh sáng tạo, nhưng một số chuyên gia quân sự vẫn cho rằng Nga cần phát triển công nghệ Quang khắc để đảm bảo không rơi vào bẫy tiến thoái lưỡng nan.

Trên thế giới chỉ duy nhất Công ty ASML của Hà Lan (với cổ phần của Mỹ và các nước khác) mới chế tạo được máy Quang khắc hiện đại sử dụng được cho công nghệ 2nm. Công ty sản xuất chip hàng đầu thế giới TSMC của Đài Loan cũng phải mua lại máy này nếu muốn gia công chip. Khi tại vị, Tổng thống Trump đã yêu cầu công ty ASML không cung cấp máy quang khắc cho Trung Quốc. “Đồng minh tốt không bán loại thiết bị này cho Trung Quốc”. Đây chính là mắt xích quan trọng nhất trong cả chuỗi cung ứng chip trên toàn thế giới. Và Biden lại tiếp tục cấm vận công nghệ này một cách kịch liệt hơn.

Các chuyên gia tin rằng Nga và Trung Quốc dù liên kết với nhau, bỏ bao nhiêu tiền thì 10 năm nữa cũng chưa chắc làm được. Huống chi lúc đó thì công nghệ của phe Mỹ đã đi đến đâu rồi! Phe Mỹ hiện nay đang rung đùi: Thế kỷ 21 nắm chắc phần thắng trong tay. Nhưng khoảng cách rất mỏng manh như tỷ số 1-0 trong bóng đá khi chưa hết hiệp một.

Nguồn: KHPT