Huawei tung át chủ bài: Ngành bán dẫn thế giới liệu sắp có biến lớn?
Liệu định luật mới của Huawei chỉ là một tuyên bố chiến lược hay là tín hiệu cho thấy ngành chip Trung Quốc đang bước sang một giai đoạn mới?
Theo trang tin Sohu của Trung Quốc, ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu đang đứng trước một bước ngoặt lịch sử.
Trong bối cảnh Định luật Moore, môtj nguyên lý do ông Gordon Moore (nhà đồng sáng lập tập đoàn Intel) đề xuất năm 1965, đang dần chạm tới giới hạn vật lý, còn chi phí phát triển các tiến trình tiên tiến liên tục leo thang, Huawei vừa đưa ra một hướng tiếp cận hoàn toàn khác mang tên “Định luật Tao” (Tao Law).
Định luật Tao đã phá vỡ giới hạn, lần đầu tiên đề xuất quy chuẩn phát triển công nghiệp đổi mới sáng tạo tự chủ trong lĩnh vực bán dẫn toàn cầu.
Thay vì tiếp tục chạy đua thu nhỏ kích thước những công tắc điện tử siêu nhỏ (transistor) đóng vai trò đơn vị cơ bản cấu thành mọi con chip như cách ngành bán dẫn vẫn làm nhiều thập kỷ qua, Huawei cho rằng hiệu năng chip có thể được cải thiện bằng cách tối ưu đồng thời nhiều khâu khác nhau, từ vật liệu, linh kiện, thiết kế mạch điện, kiến trúc chip cho đến phần mềm và hệ thống.
Mục tiêu là giảm thời gian tín hiệu di chuyển bên trong chip, từ đó tăng tốc độ xử lý tổng thể.
Huawei nhận định rằng đây có thể là một hướng đi mới giúp ngành bán dẫn tiếp tục nâng cao hiệu năng khi Định luật Moore đang dần mất hiệu lực.
Khi Định luật Moore dần đi tới giới hạn
Trong hơn 50 năm qua, ngành bán dẫn toàn cầu được dẫn dắt bởi hai nguyên lý nền tảng: Định luật Moore với nguyên lý mật độ transistor trên chip tăng gấp đôi sau mỗi 18-24 tháng và Định luật thu nhỏ Dennard cho rằng khi transistor được thu nhỏ, mật độ công suất vẫn được duy trì ổn định.
Hai định luật này đã tạo nền tảng cho sự phát triển của máy tính cá nhân, Internet di động và trí tuệ nhân tạo. Tuy nhiên, những giới hạn của hai định luật này ngày càng rõ rệt đang khiến mô hình tăng trưởng truyền thống gặp nhiều thách thức.
Ở cấp độ vật lý, khi tiến trình chế tạo tiến sát mốc 3 nm (nanomet) và 2 nm, hiệu ứng xuyên hầm lượng tử khiến tỷ lệ rò điện tăng mạnh, làm cho việc tiếp tục thu nhỏ transistor trở nên khó khăn hơn bao giờ hết.
Nhà sáng lập TSMC Morris Chang từng nhận định rằng sau mốc 2 nm, Định luật Moore sẽ “rất chậm”, thậm chí có thể dừng lại.
Trong khi đó, áp lực kinh tế cũng ngày càng lớn. Một nhà máy sản xuất chip 3 nm hiện có chi phí xây dựng vượt 50 tỷ USD, còn ngân sách nghiên cứu phát triển thường lên tới hàng chục tỷ USD.
Trên thế giới hiện chỉ còn TSMC, Samsung và Intel đủ năng lực tài chính để tiếp tục cuộc đua này.
Theo số liệu của Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Quốc tế (SEMI), tỷ lệ đầu tư Nghiên cứu và Phát triển (R&D) của ngành bán dẫn toàn cầu trong năm 2023 đã đạt 19,3% doanh thu, mức cao nhất lịch sử nhưng tốc độ cải thiện hiệu năng vẫn đang chậm lại.
Chính vì vậy, giới nghiên cứu và truyền thông quốc tế đã nhiều lần đặt câu hỏi về tương lai của ngành. Một số ý kiến thậm chí cho rằng ngành bán dẫn cần một mô hình phát triển hoàn toàn mới thay vì tiếp tục phụ thuộc vào cuộc đua tiến trình.
“ Định luật Tao ” : Không cạnh tranh bằng tiến trình, mà bằng hiệu quả hệ thống
Ngày 25/5, tại Hội nghị Quốc tế về Mạch và Hệ thống, bà Hà Đình Ba (He Tingbo), Thành viên Hội đồng quản trị Huawei kiêm Chủ tịch Bộ phận Kinh doanh Bán dẫn, đã chính thức công bố “Định luật Tao”.
Khác với tư duy truyền thống lấy tiến trình chế tạo làm trung tâm, “Định luật Tao” tập trung vào việc tối ưu độ trễ đường dẫn, một trong những yếu tố quyết định hiệu năng của chip.
Theo Huawei, việc giảm giảm độ trễ đường tới giới hạn không thể đạt được bằng một đột phá đơn lẻ mà phải là kết quả của quá trình tối ưu hóa xuyên suốt toàn bộ chuỗi công nghệ.
Ở cấp độ linh kiện, hãng nghiên cứu các vật liệu mới như gallium oxide và kim cương, đồng thời áp dụng những cấu trúc mới nhằm giảm độ trễ nội tại.
Ở cấp độ mạch điện, Huawei sử dụng “công nghệ gấp logic” (logical folding technology) để rút ngắn đường truyền tín hiệu. Ở cấp độ chip, các công nghệ đóng gói tiên tiến như 3D stacking và Chiplet được triển khai nhằm nâng cao mật độ tích hợp.
Cuối cùng, ở cấp độ hệ thống, phương pháp đồng tối ưu phần cứng và phần mềm được áp dụng để khai thác tối đa hiệu năng của chip.
Trong bài phát biểu của mình, bà Hà Đình Ba nhấn mạnh:
“Việc nén độ trễ đường tới giới hạn không phải là đột phá tại một điểm đơn lẻ, mà là một công trình hệ thống xuyên suốt toàn bộ chuỗi công nghệ.”
Đại diện Huawei khẳng định rằng “Định luật Tao” không phải một khái niệm lý thuyết mà được hình thành từ quá trình phát triển thực tế kéo dài sáu năm.
Hình ảnh bà Hà Đình Ba công bố "Định luật Tao" của Huawei tại Hội nghị Quốc tế về mạch và hệ thống.
Sau các lệnh trừng phạt của Mỹ năm 2019, Huawei HiSilicon buộc phải đẩy mạnh con đường tự chủ nghiên cứu và phát triển.
Trong giai đoạn này, Huawei đã sản xuất hàng loạt 381 mẫu chip phục vụ nhiều lĩnh vực khác nhau, từ điện thoại thông minh, máy chủ, ô tô cho tới Internet vạn vật và công nghiệp.
Điểm đáng chú ý là không ít sản phẩm trong số đó không sử dụng tiến trình tiên tiến nhất nhưng vẫn đạt hiệu năng cạnh tranh nhờ các cải tiến về kiến trúc và thiết kế hệ thống.
Ví dụ tiêu biểu là chip AI Ascend 910B ra mắt năm 2023. Dù được sản xuất trên tiến trình 7 nm, con chip này đạt năng lực tính toán 256 PFLOPS thông qua tối ưu hóa kiến trúc và được cho là có hiệu năng tương đương nhiều sản phẩm cùng phân khúc sử dụng tiến trình 4 nm.
Điểm đáng chú ý nhất của “Định luật Tao” không chỉ nằm ở khía cạnh công nghệ mà còn ở ý nghĩa chiến lược.
Trong nhiều thập kỷ, các tiêu chuẩn công nghệ, hệ thống bằng sáng chế và hệ sinh thái bán dẫn toàn cầu chủ yếu được định hình bởi Mỹ và châu Âu. Các doanh nghiệp Trung Quốc thường đóng vai trò người theo sau.
Theo số liệu được Huawei công bố, tính đến năm 2023, công ty đã nộp hơn 120.000 đơn đăng ký sáng chế liên quan đến lĩnh vực bán dẫn trên toàn cầu.
Các bằng sáng chế về chip 5G, kiến trúc AI và đóng gói tiên tiến đều nằm trong nhóm dẫn đầu thế giới.
Bên cạnh đó, việc 381 mẫu chip đã được thương mại hóa thành công giúp Huawei có cơ sở để khẳng định đây không phải một ý tưởng trong phòng thí nghiệm mà là một phương pháp đã được kiểm chứng trên thị trường.
Bà Hà Đình Ba cho biết: “Chúng tôi đã dùng sáu năm để chứng minh rằng con đường này là khả thi”.
Đồng thời, sự xuất hiện của “Định luật Tao” cũng thu hút sự chú ý của truyền thông quốc tế.
Tờ Financial Times nhận định rằng lý thuyết mới của Huawei đang thách thức quán tính tư duy đã tồn tại hơn nửa thế kỷ trong ngành bán dẫn và có thể làm thay đổi cục diện cạnh tranh toàn cầu.
Trong khi đó, Reuters cho rằng điểm đáng chú ý nhất nằm ở việc mô hình này mở ra một con đường phát triển không phụ thuộc hoàn toàn vào các tiến trình tiên tiến đang bị kiểm soát bởi các biện pháp hạn chế xuất khẩu của Mỹ.
Trong nhiều năm qua, chiến lược kiềm chế ngành bán dẫn Trung Quốc của Mỹ chủ yếu dựa trên việc hạn chế khả năng tiếp cận các công nghệ sản xuất chip tiên tiến.
Logic của chiến lược này khá rõ ràng, nếu không thể tiếp cận tiến trình 3 nm hoặc 2 nm, các công ty Trung Quốc sẽ gặp khó khăn trong việc phát triển chip cao cấp.
Tuy nhiên, “Định luật Tao” lại đưa ra một hướng tiếp cận khác. Thay vì cố gắng cạnh tranh trực tiếp trong cuộc đua thu nhỏ transistor, Huawei tìm cách đạt hiệu năng tương đương thông qua đổi mới hệ thống.
Nếu mô hình này thành công, trọng tâm cạnh tranh của ngành bán dẫn có thể chuyển từ câu hỏi “ai sản xuất transistor nhỏ hơn” sang “ai tối ưu hóa toàn bộ hệ thống hiệu quả hơn”.
Điều này đồng nghĩa với việc các yếu tố như vật liệu, thiết kế kiến trúc, đóng gói tiên tiến, phần mềm và tích hợp hệ thống sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng.
Theo số liệu của Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Mỹ (SIA), quy mô thị trường bán dẫn Trung Quốc trong năm 2023 đạt 1,4 nghìn tỷ USD, chiếm hơn 40% thị trường toàn cầu.
Nếu quy mô thị trường này kết hợp với một lộ trình công nghệ mới dựa trên thiết kế sáng tạo, tiến trình trưởng thành và đóng gói tiên tiến, ngành bán dẫn Trung Quốc có thể hình thành một hệ sinh thái phát triển riêng với mức độ tự chủ cao hơn.
Có thể nói rằng, trong bối cảnh ngành bán dẫn toàn cầu đang bước vào giai đoạn mà chi phí và giới hạn vật lý ngày càng trở thành rào cản lớn, “Định luật Tao” của Huawei đã cho thấy một hướng tiếp cận mới: thay vì chỉ dựa vào việc thu nhỏ transistor, hiệu năng tương lai có thể đến từ sự phối hợp tối ưu giữa vật liệu, thiết kế, đóng gói và hệ thống.
Mặc dù còn cần thời gian để kiểm chứng nhưng sự xuất hiện của nguyên lý này đã mở thêm một cuộc tranh luận lớn về con đường phát triển tiếp theo của ngành công nghiệp bán dẫn thế giới.
*Theo Sohu
