Bất ổn ngành bán dẫn Trung Quốc: Năng lực điện toán kém Mỹ 7 lần, chip nội địa hiện chỉ cạnh tranh được với dòng hạ cấp

Tháng trước, khi giới tinh hoa ngành công nghiệp bán dẫn hội tụ về Đài Bắc để tham dự Computex – triển lãm thương mại thường niên lớn nhất ngành, hai chủ đề đã hoàn toàn thống trị các bàn nghị sự. Đầu tiên là trí tuệ nhân tạo (AI), “mỏ vàng” biến chất bán dẫn thành một trong những ngành kinh doanh béo bở nhất hành tinh. Chủ đề thứ hai là Trung Quốc. Dù các nhà sản xuất chip đến từ đại lục vắng bóng tại sự kiện, cái bóng của họ vẫn bao trùm lên tất cả.

Sự chú ý đổ dồn vào Trung Quốc là điều dễ hiểu. Chỉ một tuần trước thềm Computex, Huawei - biểu tượng công nghệ phần cứng của nước này - đã công bố một kỹ thuật mới: xếp chồng các lớp mạch lên chip để tối ưu hóa hiệu năng mà không cần phụ thuộc vào các thiết bị sản xuất tiên tiến nhất của phương Tây.

Giới đầu tư cũng đang phát đi những tín hiệu đầy lạc quan. Giá cổ phiếu của các công ty bán dẫn trên sàn chứng khoán Hồng Kông đã tăng vọt 130% trong năm qua, bám đuổi sát sao chỉ số tương đương của Mỹ. Hai gã khổng lồ Internet đại lục là Alibaba và Baidu đều đang lên kế hoạch tách riêng mảng thiết kế chip. Trong khi đó, CXMT - nhà sản xuất chip nhớ hàng đầu Trung Quốc - cũng đang rục rịch chuẩn bị IPO.

Khả năng tự chủ bán dẫn của Trung Quốc hiện là một trong những dấu hỏi lớn nhất của ngành. Câu trả lời có ý nghĩa sống còn bởi năng lực điện toán, bao gồm các bộ vi xử lý và bộ nhớ dùng để huấn luyện, vận hành các mô hình AI, đã trở thành thước đo mới cho quyền lực công nghệ toàn cầu.

Hạn chế

Tính đến cuối năm 2025, năng lực điện toán của Trung Quốc chỉ bằng khoảng 1/7 so với Mỹ. Để thu hẹp khoảng cách này, Bắc Kinh phải làm chủ hai công đoạn hoàn toàn khác biệt: thiết kế chip và sản xuất chip. Trung Quốc đã đạt được những bước tiến ngoạn mục ở vế đầu tiên, nhưng ở vế thứ hai, con đường phía trước vẫn còn rất xa xôi.

Trung Quốc từng bị bỏ xa hàng dặm trong mảng thiết kế chip. Cho đến trước năm 2023, Nvidia, gã khổng lồ thống trị thị trường chip AI toàn cầu, đáp ứng tới 90% nhu cầu của thị trường Trung Quốc. Nhưng các lệnh kiểm soát xuất khẩu của Washington đã thay đổi cục diện.

Kể từ khi Mỹ thắt chặt doanh số bán chip tiên tiến sang Trung Quốc vào tháng 10/2022, chính sách liên tục trồi sụt, đảo chiều. Ngược lại, phản ứng của Bắc Kinh lại vô cùng nhất quán: các cơ quan quản lý liên tục định hướng doanh nghiệp nội địa quay lưng với chip ngoại, ngay cả khi họ có thể mua chúng một cách hợp pháp.

Hệ quả là một thị trường nội địa được bảo hộ nghiêm ngặt đã hình thành. Alibaba và Baidu đang tự thiết kế các bộ vi xử lý chuyên dụng độc quyền (in-house), trong khi các startup như Cambricon phất lên như diều gặp gió nhờ môi trường ít cạnh tranh ngoại.

Các nhà thiết kế nội địa dự kiến sẽ thâu tóm tới 4/5 tổng chi tiêu cho chip AI tại Trung Quốc trong năm nay. Chuyên gia Qingyuan Lin từ công ty môi giới Bernstein đã nói đùa rằng: Chính phủ Mỹ thậm chí còn làm tốt hơn cả Trung Quốc trong việc thúc đẩy ngành bán dẫn đại lục đại phát triển.

Thị trường nội địa của Trung Quốc rõ ràng đủ lớn để nuôi sống cả một ngành công nghiệp. Các gã khổng lồ đám mây tại đây dự kiến sẽ chi hơn 400 tỷ USD cho hạ tầng AI trong 3 năm tới, phần lớn đổ vào năng lực điện toán. Chính phủ nước này cũng được cho là đang lên kế hoạch rót thêm 295 tỷ USD trong vòng 5 năm tới cho các trung tâm dữ liệu.

Trung Quốc cũng sở hữu nguồn nhân lực chất lượng cao dồi dào. Nhiều kỹ sư thiết kế chip hàng đầu của nước này từng có thời gian “chinh chiến” tại các tập đoàn Mỹ như Nvidia hay AMD. Ông Kyle Chan từ Viện Nghiên cứu Brookings (Washington) nhận định rằng nguồn cung nhân lực hiện nay lớn đến mức ngay cả những startup non trẻ cũng dễ dàng tuyển dụng được cả một đội ngũ thiết kế hoàn chỉnh.

Các nhà thiết kế tài năng tại đại lục đang tối ưu hóa phần cứng và phần mềm. Vào tháng 4, DeepSeek, một nhà phát triển mô hình AI của Trung Quốc, đã tung ra một mô hình ngôn ngữ lớn được tinh chỉnh riêng cho chip của Huawei. Họ cũng đang chuyển sang sử dụng FP8, một định dạng dữ liệu có độ chính xác thấp hơn nhưng giúp các mô hình AI vận hành mượt mà hơn trên các dòng chip yếu.

Đáng chú ý, Huawei đang trực diện tấn công vào thành trì vững chắc nhất của Nvidia - hệ sinh thái phần mềm CUDA. Nền tảng CANN của hãng được thiết kế để giúp các lập trình viên dễ dàng chuyển đổi từ chip Nvidia sang chip Huawei. Nhà sáng lập của một startup AI Trung Quốc thừa nhận: Khoảng cách phần mềm từng là một vực sâu ngăn cách, nay đang bắt đầu thu hẹp.

Nút thắt

Tuy nhiên, sự nhạy bén về công nghệ chỉ có thể giúp Trung Quốc đi được một đoạn đường. Bernstein lưu ý rằng dòng chip cao cấp nhất của Huawei hiện tại là Ascend 910C chỉ đạt 4/5 hiệu năng so với dòng chip H100 của Nvidia vốn đã ra mắt từ gần 4 năm trước. Chip nội địa Trung Quốc hiện nay chủ yếu chỉ đủ sức cạnh tranh với các phiên bản chip hạ cấp mà Mỹ cho phép Nvidia bán sang đại lục. Thêm vào đó, chúng hầu như chỉ bị giới hạn ở công đoạn suy luận chứ chưa thể đảm đương được nhiệm vụ nặng đô hơn.

Nút thắt lớn nhất lúc này không nằm ở khâu vẽ mạch thiết kế, mà nằm ở khâu đúc chip. Các bộ vi xử lý tốc độ cao nhất đòi hỏi những dây chuyền sản xuất tân tiến nhất. Các nhà thiết kế Trung Quốc đã bị cấm cửa hoàn toàn khỏi các tiến trình đúc chip mới nhất của TSMC (Đài Loan). Ở trong nước, các xưởng đúc nội địa bị cắt nguồn cung thiết bị quang khắc cực tím (EUV) từ ASML (Hà Lan), khiến họ không thể sản xuất hàng loạt một cách ổn định các dòng chip có bóng bán dẫn dưới 7 nanomet (trong khi công nghệ đỉnh cao thế giới hiện đã đạt mốc 3nm và thấp hơn). Ngay cả với các dòng chip đời cũ, công suất sản xuất tại đại lục vẫn cực kỳ căng thẳng.

Hệ quả là, nguồn cung chip AI nội địa của Trung Quốc thấp hơn rất nhiều so với nhu cầu thực tế. Chuyên gia phân tích mang bí danh Zephyr từ hãng nghiên cứu Citrini Research cho biết, các công ty Trung Quốc đang phải bù đắp sự thiếu hụt này bằng cách thuê năng lực đám mây ở nước ngoài hoặc thông qua các kênh buôn lậu chip vào đại lục.

Bộ nhớ băng thông cao (HBM) cũng là một điểm nghẽn chí mạng khác. Gần như toàn bộ lượng chip HBM cần thiết cho AI hiện nay nằm trong tay bộ ba: Micron (Mỹ), Samsung và SK Hynix (Hàn Quốc).

Thế cờ lật ngược

Để lật ngược thế cờ, Trung Quốc đang vung tiền không tiếc tay. Kể từ năm 2019, kim ngạch nhập khẩu thiết bị làm chip hàng năm của nước này đã tăng gấp ba lần lên mức 39 tỷ USD, chiếm khoảng 40% nhu cầu toàn cầu. Dù phần lớn số thiết bị này dùng để sản xuất các dòng chip đời cũ (legacy chips), một phần vẫn được xé rào để phục vụ các tiến trình đúc chip tiên tiến.

Đồng thời, các doanh nghiệp nội địa như Naura và AMEC hiện đã đưa ra được các giải pháp thay thế có tính cạnh tranh cao trong các công đoạn trọng yếu như lắng đọng hóa học, khắc plasma và làm sạch tấm silicon (wafer). Trung Quốc thậm chí đang đạt được những bước tiến hứa hẹn trong mảng HBM. Hãng nghiên cứu SemiAnalysis dự báo thị phần của CXMT trong sản lượng HBM toàn cầu sẽ tăng tốc từ mức gần như bằng không hiện nay lên khoảng 12% vào năm 2028.

Tuy nhiên, dù nỗ lực đến đâu, chiến dịch tự chủ của Trung Quốc vẫn vấp phải một rào cản mang tên máy quang khắc EUV - thiết bị không thể thay thế để in các mạch điện siêu nhỏ. Bất chấp việc sở hữu các dòng máy quang khắc cực tím sâu (DUV) đời cũ của ASML suốt nhiều năm qua, Trung Quốc vẫn chưa thể tự chế tạo ra một phiên bản nội địa tương đương. Hầu hết các dự báo trong ngành đều nhận định phải mất ít nhất một thập kỷ nữa Trung Quốc mới có thể tự sản xuất được máy EUV.

Không có những “chiếc máy in” tối tân này, các nhà làm chip Trung Quốc buộc phải dùng các biện pháp đi đường vòng để ép các cỗ máy DUV đời cũ hoạt động quá công suất. Một trong số đó là kỹ thuật đa định hình (multi-patterning): cho một tấm silicon chạy qua máy quang khắc nhiều lần để khắc các vi mạch nhỏ hơn. Cách này giúp thu nhỏ mạch chip nhưng lại làm tăng chi phí, kéo chậm tốc độ sản xuất và đẩy tỷ lệ lỗi lên cao.

Mặc dù Trung Quốc vẫn còn cách một khoảng khá xa để chạm tới đỉnh cao công nghệ của ngành bán dẫn toàn cầu, nhưng những tiến bộ vững chắc của họ là điều không thể phớt lờ.

Hãy nhìn vào Apple. Trong bối cảnh tình trạng khan hiếm chip nhớ toàn cầu ngày càng trầm trọng, nhà táo khuyết hiện đang phải xin phép Chính phủ Mỹ để được mua chip nhớ thế hệ cũ từ CXMT. Nếu được chấp thuận, đây sẽ là một nghịch lý trớ trêu: chính một doanh nghiệp biểu tượng của Mỹ sẽ trực tiếp rót tiền nuôi sống ngành công nghiệp mà chính phủ của họ đã dành nhiều năm ròng rã tìm cách kìm hãm.

Theo: The Economist

Vũ Anh