Giải pháp phát triển ngành bán dẫn?

Trước những cơ hội hấp dẫn mà ngành công nghiệp bán dẫn đang mở ra trước mắt, Việt Nam sẽ chọn cách tiếp cận nào? Theo các chuyên gia, Việt Nam có khả năng tham gia vào khâu thiết kế chip nếu đào tạo và thu hút được những người Việt giỏi nhất.

Một nhóm nghiên cứu bán dẫn làm việc trong phòng sạch của Đại học Bách khoa Hà Nội. Ảnh: HUST

Thiết kế thay vì sản xuất

Khác với nhiều ngành công nghiệp hiện có, bán dẫn là một lĩnh vực công nghệ cao vô cùng phức tạp. Các công đoạn trong sản xuất con chip nhỏ bé có thể gói gọn vào ba khâu chính là (1) thiết kế, (2) chế tạo và (3) lắp ráp, kiểm tra, đóng gói. Với những manh nha ban đầu xuất hiện một cách lẻ tẻ ở chỗ này, chỗ kia thì Việt Nam đang tham gia vào khâu hạ nguồn của ngành công nghiệp bán dẫn thế giới, tức kiểm tra lắp ráp và đóng gói. 

Để hướng tới một tương lai bền vững cho ngành bán dẫn, việc Việt Nam sẽ tập trung phát triển khâu nào trong chuỗi giá trị chip đóng vai trò rất lớn trong việc quyết định chúng ta sẽ đào tạo nhân lực như thế nào. 

Trong các cuộc trao đổi với các doanh nghiệp bán dẫn Mỹ nhân dịp Tổng thống Mỹ Joe Biden thăm Hà Nội hồi tháng 10, ông Vũ Tú Thành, người đứng đầu văn phòng Việt Nam của Hội đồng Kinh doanh Hoa Kỳ-ASEAN nói với Reuters rằng số lượng kỹ sư phần cứng có sẵn của Việt Nam chỉ bằng 1/10 so với mức cần thiết để hỗ trợ các khoản đầu tư hàng tỷ USD mà doanh nghiệp Mỹ muốn rót vào Việt Nam. Ông đề cập đến giải pháp tạm thời là tuyển dụng kỹ sư nước ngoài. Nhưng khi ngành công nghiệp bán dẫn phát triển đến một trình độ nhất định, việc có đủ lao động có trình độ là điều bắt buộc đối với Việt Nam.

Mặc dù các quan chức chính phủ bày tỏ hy vọng xây dựng nhà máy sản xuất phiến bán dẫn wafer đầu tiên của Việt Nam vào cuối thập kỷ này nhưng các chuyên gia và nhà khoa học có cái nhìn thực tế hơn. Họ nhận thấy rằng sản xuất chip sẽ cần sự đầu tư vô cùng lớn (từ 10 – 50 tỷ USD) vào cơ sở hạ tầng, máy móc. Nếu không đảm bảo sản xuất số lượng lớn (trên 1 triệu chip) thì nhà máy sẽ gần như không có lãi. 

Tại thời điểm hiện tại, các chuyên gia đề nghị nên tập trung nỗ lực vào mảng fabless (thiết kế chip) và mảng back-end (lắp ráp, đóng gói và thử nghiệm chip), vốn có rào cản gia nhập thấp hơn nhiều so với sản xuất. Dấn thân vào mảng fabless, chiếm hơn 50% giá trị gia tăng trong chuỗi giá trị bán dẫn, có thể là cơ hội tốt để các doanh nghiệp Việt có được đòn bẩy nâng cao vị thế của mình. 

Mạch tích hợp quản lý năng lượng do Đại học Bách khoa Hà Nội và Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) thực hiện. Ảnh: HUST

Nhưng điều này có khả thi? Câu trả lời là khó, nhưng có thể. Tại tọa đàm “Chuỗi giá trị chip và cơ hội của Việt Nam” do Tia sáng tổ chức ngày 11/11, GS. TS Trần Xuân Hoài, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đánh giá, xét theo khả năng đào tạo của những viện, trường đang tham gia vào lĩnh vực thiết kế chip, các chuyên gia người Việt đang làm việc tại các vị trí nhân sự cấp cao của những doanh nghiệp lớn và các nhóm startup/doanh nghiệp vừa và nhỏ đang khai thác một số thị trường ngách của chip, Việt Nam có thể cung cấp các kỹ sư trình độ cao, thậm chí là đẳng cấp thế giới (cutting edge), cho khâu khó nhất trong ngành công nghiệp này nếu có một chiến lược nhân lực đúng đắn.

Khan hiếm nhân lực 

Từ nhiều thập kỷ trước, đã từng có những hoạt động R&D bán dẫn của Việt Nam nhưng bị đứt gãy do thiếu vốn và chuyên môn kỹ thuật, dẫn đến sự thoái trào của đội ngũ KH&CN bán dẫn. Giờ đây, người ta nhận thấy cơ hội trở lại mạnh mẽ sau các tuyên bố hợp tác chiến lược Việt Nam – Mỹ. Vấn đề là khi sự quan tâm quay trở lại, tình trạng thiếu nhân lực trong ngành cũng theo đó được phơi bày.

Suốt từ những năm 2010, sau khi Intel đặt nhà máy vi mạch đầu tiên ở Việt Nam, các lớp thiết kế vi mạch ở Đại học Quốc gia TP.HCM chưa từng đủ sĩ số, thậm chí một số lượng đáng kể sinh viên đã bỏ học trước khi hoàn thành các môn học. Hiện tại, tình trạng này cũng không khá hơn. Trong các cuộc trao đổi gần đây với sinh viên của các trường kỹ thuật, các công ty bán dẫn mới đến Việt Nam ngạc nhiên vì sinh viên quan tâm với những ngành thời thượng như trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML) nhưng hầu như không nghĩ đến chip hoặc chất bán dẫn, những thứ tạo nên năng lực tính toán cho các hệ thống điện tử. 

Điều này dẫn đến một thực tại là cả 40 công ty đang hoạt động trong lĩnh vực thiết kế chip ở Việt Nam đều khát nhân lực và đa số đều chật vật từ việc thu hút và giữ chân nhân sự. Họ phải cạnh tranh nhân sự trong một nhóm ứng viên tiềm năng vốn đã eo hẹp, tăng trưởng với tốc độ chậm 5-10%/năm. Ông Nguyễn Thanh Yên, Giám đốc kỹ thuật Công ty CoAsia Semi (Hàn Quốc) tại Việt Nam nói với Rest of World rằng trong ba năm qua, ông chỉ có thể tuyển dụng 70 kỹ sư thiết kế chip, chưa đầy một phần tư so với mục tiêu 300 người của công ty.

Chíp bán dẫn sản xuất tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Đại học Bách khoa Hà Nội. Ảnh: HUST

Các sinh viên kỹ thuật đang chọn con đường dễ dàng hơn để có việc làm so với kỹ thuật phần cứng bán dẫn. PGS.TS Nguyễn Đức Minh, Trưởng khoa Điện tử (Đại học Bách khoa Hà Nội), tiết lộ trong tọa đàm Tia Sáng, mỗi năm Bách khoa có khoảng 400-450 sinh viên tốt nghiệp ngành Điện tử – Viễn thông nhưng chỉ 10% trong số đó chọn làm việc trong ngành bán dẫn. “Lý do quan trọng cho điều này là thị trường”, PGS.TS Nguyễn Đức Minh giải thích, “Thị trường hiện tại chỉ hấp thụ được bằng đó nhân lực, cùng lắm thêm vài chục người nữa. Bên cạnh đó, những người học được mảng này cũng là những người rất giỏi về lập trình web/app, AI và ML. Do đó họ chủ động lựa chọn làm việc trong những ngành như vậy với mức lương cao hơn. Chúng ta sẽ phải có giải pháp để hấp thụ các sinh viên kỹ thuật quay ngược trở lại vi mạch nếu muốn ngành này tăng trường.” 

Nhu cầu hiện nay của Việt Nam vào khoảng 10.000 nhân sự bán dẫn mỗi năm, trong đó 500-750 kỹ sư là cho khâu thiết kế, theo tính toán của nhóm tác giả từ dữ liệu thứ cấp của Cộng đồng Vi mạch Việt Nam. Nếu không đào tạo được một dòng nhân sự chuyên môn ổn định thì tham vọng xây dựng hoặc thu hút các công ty fabless đẳng cấp thế giới đến Việt Nam sẽ chỉ là ước muốn.

Đốt đuốc tìm nhân tài

“Kỹ sư thiết kế chip” là từ dùng chung cho ngành bán dẫn, nhưng thực tế trong mảng thiết kế chip có rất nhiều công việc đòi hỏi kỹ năng và chuyên môn khác nhau. Thiết kế phần cứng có khoảng một chục khâu, sau đó mới đến thiết kế phần mềm. 

Nhân lực thiết kế chip phải là những bộ óc tài năng từ nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau, nhưng điều kiện bắt buộc là sử dụng thành thạo công nghệ thông tin như một công cụ. Một số vị trí công việc trong các khâu thiết kế chỉ cần 1-3 năm kinh nghiệm nhưng cũng có những công việc đòi hỏi 10-15 năm kinh nghiệm, ví dụ như thiết kế kiến trúc cho chip lớn hoặc tích hợp hệ thống. 

Nhiều người so sánh quá trình sản xuất chip với việc xây dựng một tòa nhà nhỏ nhất nhưng tham vọng nhất thế giới. Thiết kế chip tốt là cơ sở cho một “tòa nhà” chip tốt. Kích thước chip càng nhỏ, trình độ của những người thiết kế chip càng cao, chuyên môn áp dụng càng đa dạng. Kéo theo đó là chi phí nhân lực tăng lên theo cấp số nhân. 

Mặc dù có rất ít thông tin được tiết lộ từ những người trong ngành bán dẫn, nhưng bằng con mắt của một nhà nghiên cứu lão luyện GS. TS Trần Xuân Hoài đã “đọc” được một ví dụ khá chi tiết và điển hình về chuyên môn nhân sự thiết kế cho những con chip hiện đại bậc nhất. Nghiên cứu, được đăng trên tạp chí IEEE năm 2022, cho biết một tiến trình chip node 7nm với tốc độ tính toán trên 26.000 tỷ phép tính mỗi giây – mức tương đương mà các hãng hàng đầu thế giới như TSMC, AMD, Nvidia, Qualcomm đang thực hiện – có chi phí thiết kế tầm 300 triệu USD trong năm năm, một nửa trong số đó là chi phí cho nhân sự. 

Để thiết kế được con chip này, công ty đã sử dụng đến một đội ngũ tối thiểu 43 nhà khoa học, trong đó 70% là tiến sĩ, 30% là thạc sĩ với chuyên môn trong nhiều ngành như Điện và Điện tử, Khoa học máy tính (33 người), Vật lý (5 người), Toán học (2 người), Khoa học vật liệu (1 người), Hóa học (1 người), Cơ khí (1 người). 

GS. TS Trần Xuân Hoài cho rằng Việt Nam không bắt buộc phải theo đuổi những thiết kế công nghệ chip tiên tiến ở mức đó mà có thể bắt đầu với việc thiết kế những con chip ở thế hệ thấp hơn từ tiến trình node>29nm. Tuy nhiên, không vì thế mà những yêu cầu với những nhà thiết kế chip bị giảm xuống quá nhiều. 

Chip 5G DFE của Viettel được trình làng hôm 28/10/2023 là một trong những thiết kế chip 5G đầu tiên được phát triển và thử nghiệm thành công bởi các kỹ sư Việt Nam. Ảnh: Viettel

Trên toàn thế giới, làn sóng tuyển dụng nhân tài ở lĩnh vực bán dẫn đã hình thành một cuộc đua nhân sự đúng nghĩa. Theo cổng thông tin việc làm Glassdoor, các nhà thiết kế mạch tích hợp ở Mỹ từ 1-3 năm kinh nghiệm kiếm được trung bình 70.000-100.000 USD mỗi năm (khoảng 1,7-2,4 tỷ đồng) và lên đến 142.000 USD (3,4 tỷ đồng) nếu có trên 10 năm kinh nghiệm.

Do có nhiều đối thủ cạnh tranh nhưng số lượng nhân tài có hạn, điều này đã thúc đẩy việc tăng lương của các kỹ sư chip tại khắp các quốc gia như Trung Quốc, Hàn Quốc, Mỹ và Nhật Bản. Trong hai năm qua, việc các ứng viên tiềm năng bị ‘nẫng tay trên’ với mức lương cao ngất ngưởng là chuyện không có gì lạ. 

Theo GS. TS Trần Xuân Hoài, chúng ta cần biết tất cả những con số quan trọng như vậy không phải để choáng ngợp khi nhìn ra thế giới mà để chuẩn bị đầy đủ hơn cho chiến lược phát triển nhân lực của mình. 

Học thuật bắt tay với ngành công nghiệp

Để gia tăng nhanh số kỹ sư tốt nghiệp ngành bán dẫn, trong một hội thảo cuối tháng 10 ở Đà Nẵng, Thứ trưởng Bộ GD&ĐT Hoàng Minh Sơn đề cập đến giải pháp chuyển sinh viên các ngành học gần như điện tử, kỹ thuật điện, tự động hóa, cơ điện tử sang đào tạo ngành bán dẫn để tăng tỷ lệ tốt nghiệp mỗi năm. 

“Đó là một hướng khả thi”, PGS.TS Nguyễn Đức Minh nhận xét. Theo lộ trình đào tạo của Đại học Bách khoa Hà Nội, những sinh viên đã tốt nghiệp cử nhân/kỹ sư ngành đúng hoặc gần đúng có thể dành thêm sáu tháng để bổ sung kiến thức cơ bản về bán dẫn, sáu tháng để đào tạo về các kiến thức chuyên ngành liên quan đến thiết kế hoặc sản xuất hoặc kiểm thử chip, và sáu tháng nữa làm việc tại doanh nghiệp dưới dạng đồ án/dự án trước khi trở thành một thạc sĩ đầy đủ kiến thức và kỹ năng về bán dẫn.

ĐH Bách khoa cũng có kế hoạch rút ngắn thời gian đào tạo ở cả bậc cử nhân và thạc sĩ bán dẫn bằng cách đẩy thời gian tiếp xúc với doanh nghiệp sớm lên (3-6 tháng) để chương trình học và thực hành của học viên được  gắn kết chặt chẽ với nhau, qua đó tạo ra cơ hội cho học viên được doanh nghiệp đồng hướng dẫn và được sử dụng các công cụ chuyên biệt của ngành mà trường không có được. 

PGS.TS Nguyễn Đức Minh giải thích, khác với nhiều ngành kỹ thuật, đào tạo thiết kế vi mạch đòi hỏi phải thực hành trên những công cụ phần mềm thiết kế công nghiệp, lõi IP, thiết bị kiểm thử, chế tạo thử và phòng sạch tiên tiến. Ngoài doanh nghiệp, rất ít trường đại học có thể trang trải được những cơ sở vật chất chuyên sâu trị giá từ vài trăm ngàn đến hàng triệu USD như vậy. Chính vì thế, các trường muốn đào tạo tốt kỹ sư thiết kế phải tìm mọi cách hợp tác với doanh nghiệp bán dẫn để gửi gắm sinh viên của mình. 

Các sinh viên và chuyên gia nói với chúng tôi rằng đa số các chương trình giảng dạy vi mạch mới nổi của Việt Nam thiếu vắng các kinh nghiệm thực hành. Một phần nguyên nhân là phần lớn các giảng viên trong trường ít quan tâm đến các hoạt động trong phòng thí nghiệm của công ty hoặc nhà máy sản xuất chip, phần còn lại đến từ việc thiếu các công cụ, máy móc thích hợp cho các khâu thiết kế-kiểm thử. Do đó, việc đào tạo nhân lực thiết kế chip của Việt Nam đang đứng trước hai nút thắt – đủ kinh phí đầu tư cho các lab và công cụ thiết kế chuyên biệt và đủ nhân lực giảng dạy với kiến thức tương đối cập nhật. 

Hợp tác là một cách tất yếu để góp phần giải quyết những nút thắt này. Vào trung tuần tháng 10/2023, một liên minh các trường đại học đào tạo lĩnh vực công nghệ bán dẫn đã được thành lập, với năm trường lớn là Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia TP.HCM, Đại học Đà Nẵng, Đại học Bách khoa Hà Nội, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. “Lý do đầu tiên của Liên minh là để giảm giá thành đào tạo xuống. Điều này đang được xúc tiến thông qua sự điều phối của Bộ GD&ĐT để các trường cùng nhau làm một đề án xây dựng trung tâm điều phối chia sẻ các phần mềm bản quyền, IP, và dịch vụ chế thử vi mạch, chẳng hạn như chế tạo các tấm wafer đa dự án cho các trường thành viên”, PGS.TS Nguyễn Đức Minh tiết lộ. “Lý do thứ hai là Liên minh cho phép các trường chia sẻ học liệu, các bài thí nghiệm, bài giảng và công nhận tín chỉ lẫn nhau, giúp sinh viên có thể thuận lợi di chuyển và đến làm việc, học tập ở những nơi có nguồn lực công nghệ tốt nhất.” 

Trong khi đó, GS.TS. Nguyễn Xuân Hoài đề xuất thêm một giải pháp là nhà nước cần đưa ra các chính sách thu hút chuyên gia nước ngoài đã có kinh nghiệm sản xuất chip về tham gia công tác đào tạo. Việt Nam chưa có nhiều kinh nghiệm về chip nên việc “vay mượn” và học hỏi chuyên gia từ những công ty fabless hàng đầu thế giới đã gắn bó với Việt Nam như Samsung, Intel, Marvell, Qualcomm, AMD, Synopsys, v.v là cực kỳ hữu ích. Các chuyên gia thiết kế chip người Việt ở nước ngoài cũng cực kì đáng quý, PGS. TS. Nguyễn Đức Minh bổ sung. Có những người đã tham gia vào thiết kế những con chip ở node công nghệ hiện đại từ 5-10 nm và có các IP đang được sử dụng trong chip của Intel. 

Với những nhân tài như vậy, để lôi kéo họ dành thời gian giảng dạy hoặc nghiên cứu tại các trường đại học Việt Nam, cần có những cơ chế ưu đãi lương đặc biệt và miễn thuế thu nhập cá nhân, cùng với một chính sách visa thuận lợi để những họ có thể đi lại, liên tục tiếp xúc với ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu nhanh chóng thay đổi. 

Ngô Hà – Hồng Hạnh

(Bài đăng ở Báo KH&PT số 47)

Tác giả