Chủ quyền đột phá về chip: Cú hích chiến lược của châu Âu trong cuộc đua bán dẫn

Chip - chất bán dẫn, đóng vai trò trung tâm trong nền kinh tế hiện đại và cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Chip hỗ trợ quá trình chuyển đổi kỹ thuật số và thiết yếu đối với tất cả các ngành công nghiệp, chẳng hạn như ngành công nghiệp ô tô, truyền thông, xử lý dữ liệu, không gian, quốc phòng, thiết bị thông minh và trò chơi, v.v...

Chip có ở khắp mọi nơi. Không có kỹ thuật số nếu không có chip. Ví dụ như, một chiếc điện thoại di động chứa khoảng 160 con chip khác nhau; một chiếc xe ô tô điện hybrid chứa tới 3.500 con chip. Khi quá trình chuyển đổi số diễn ra nhanh chóng và thâm nhập vào mọi ngóc ngách của xã hội, nhu cầu về chip trong công nghiệp sẽ tăng lên, mở ra nhiều cơ hội thị trường mới.

Cuộc khủng hoảng thiếu hụt chip

Trong những năm qua, châu Âu và các khu vực khác trên thế giới đã chứng kiến sự gián đoạn trong nguồn cung chip, gây ra tình trạng thiếu hụt trên nhiều lĩnh vực kinh tế với hậu quả nghiêm trọng về mặt xã hội và kinh tế. Chuỗi cung ứng chất bán dẫn có mối liên hệ chặt chẽ với nhiều tác nhân trên toàn cầu và nhiều điểm nghẽn có thể tác động đến sản xuất.

Sự gián đoạn này xuất phát từ nhiều yếu tố, bao gồm việc đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số trong ngành dẫn đến nhu cầu tăng cao đối với một số lượng lớn linh kiện và thiết bị bán dẫn; nhu cầu về máy tính, thiết bị điện tử và sản phẩm công nghệ tăng cao khi lệnh phong tỏa liên quan đến đại dịch COVID-19 dẫn đến sự gia tăng trong hình thức làm việc từ xa, học tại nhà và giải trí kỹ thuật số; đóng cửa các nhà máy sản xuất chính liên quan đến COVID-19; sự gián đoạn trong mạng lưới hậu cần và vận tải toàn cầu cùng với tình trạng thiếu hụt nguyên liệu thô, linh kiện chính và sản phẩm trung gian.

Sự thiếu hụt chip đã tác động đến các ngành hạ nguồn như ô tô, năng lượng, truyền thông và y tế, cũng như quốc phòng, an ninh và không gian, buộc phải trì hoãn sản xuất và đóng cửa nhà máy trên toàn thế giới. Tác động này rất nghiêm trọng và trong lĩnh vực ô tô, ví dụ, sản lượng ở một số quốc gia thành viên châu Âu đã giảm một phần ba vào năm 2021. Cuộc khủng hoảng hiện tại đã bộc lộ những lỗ hổng về mặt cấu trúc của các chuỗi giá trị châu Âu.

Tình trạng thiếu hụt chất bán dẫn toàn cầu đã phơi bày sự phụ thuộc của châu Âu vào nguồn cung từ một số ít công ty và khu vực địa lý, cũng như sự dễ bị tổn thương trước các hạn chế xuất khẩu của nước thứ ba và các gián đoạn khác trong bối cảnh địa chính trị hiện tại. Hơn nữa, sự phụ thuộc này còn trầm trọng hơn do các rào cản gia nhập cực kỳ cao và cường độ vốn của ngành. Ví dụ, các chip mạnh nhất về mặt tính toán đòi hỏi phải sản xuất với độ chính xác vài nanomet (nm). Việc xây dựng các cơ sở như vậy đòi hỏi khoản đầu tư ban đầu ít nhất là 15 tỷ euro và cần ba năm để đạt được trạng thái sẵn sàng sản xuất với năng suất đủ.

Chi phí để thiết kế các chip như vậy có thể dao động từ 0,5 tỷ euro đến hơn 1,0 tỷ euro. Cường độ nghiên cứu và phát triển (R&D) trong ngành này rất cao và hơn 15%.

Tăng cường yêu cầu về bảo mật và an ninh

Khi thế giới ngày càng số hóa và kết nối chặt chẽ hơn, bảo mật đã trở thành yêu cầu quan trọng đối với các thiết bị điện tử xét về mặt an toàn, cũng như tính bảo mật. An ninh đã trở thành chủ đề chính trong nhiều lĩnh vực bao gồm ô tô, tự động hóa công nghiệp, truyền thông, chăm sóc sức khỏe, hàng không vũ trụ và quốc phòng. Đối với các ngành công nghiệp như ô tô hoặc chăm sóc sức khỏe, vi phạm an ninh có thể dẫn đến thương tích về thể chất và/hoặc mất lòng tin của khách hàng, gây ra mối lo ngại về trách nhiệm pháp lý.

Thách thức về an ninh mạng xuất hiện dưới nhiều hình thức, bao gồm ransomware, tấn công lừa đảo, tấn công phần mềm độc hại, v.v. Các cuộc tấn công ransomware nhắm vào máy tính để bàn, máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị bảo mật thông minh. Mục đích là xâm phạm dữ liệu người dùng nhạy cảm trong chính thiết bị hoặc khiến dữ liệu không sử dụng được hoặc sử dụng dữ liệu đó làm cổng vào các thiết bị khác để thực hiện các cuộc tấn công độc hại khác. Vì các dịch vụ đám mây ngày càng được sử dụng cho dữ liệu cá nhân và chuyên nghiệp, nên chúng phải chịu nhiều cuộc tấn công hơn.

Ở cấp độ chip, có những lo ngại về IP của bên thứ ba hoặc những thông tin chưa biết trong chuỗi cung ứng toàn cầu có thể dẫn đến “cửa sau” trong các thiết bị. Các phương pháp hiện đang được sử dụng để khởi động an toàn và xác thực chương trình cơ sở là không đủ khi xem xét các thiết bị điện tử được triển khai trong ô tô, rô-bốt, máy bay không người lái, máy chủ và thiết bị y tế.

Cần có bảo mật phần cứng mạnh mẽ được thiết kế sẵn khi xem xét các mối đe dọa khác nhau. Thiết kế bảo mật chủ động vào một thiết bị sẽ tác động đến tính phức tạp và mức tiêu thụ điện năng - một vấn đề đối với các thiết bị chạy bằng pin. Sự phức tạp gia tăng cũng có thể tạo ra các lỗ hổng khác. Với các thiết kế phức tạp đang dần đi vào các ứng dụng ô tô, y tế và công nghiệp, nơi chúng được kỳ vọng sẽ được sử dụng trong tối đa 25 năm, bảo mật cần được thiết kế tốt và đủ linh hoạt để ứng phó với các lỗ hổng bảo mật trong tương lai và các vectơ tấn công tinh vi hơn.

Cần phải liên tục đổi mới để bảo vệ chống lại các cuộc tấn công mới trong tương lai. Thiết kế để giảm thiểu rủi ro về các vi phạm phần cứng tiềm ẩn đòi hỏi phải hiểu rõ về kiến trúc của chip. Điều này bao gồm phân vùng và ưu tiên di chuyển dữ liệu và lưu trữ dữ liệu, cũng như các kỹ thuật che giấu và giám sát hoạt động. Khi các nhà sản xuất chip sử dụng nhiều tùy chỉnh và tính không đồng nhất hơn, điều này trở nên khó khăn hơn. Động lực để mở rộng quy mô cũng thúc đẩy các kiến trúc sư đóng gói các thành phần lại với nhau. Điều này đặt ra những thách thức vì không phải tất cả các thành phần đều có thể an toàn và nhiều bộ tăng tốc và khối IP tùy chỉnh được cung cấp dưới dạng hộp đen.

Do đó, cần phải đảm bảo rằng các giải pháp có thể được kiểm tra/xác minh đầy đủ (ví dụ: khả năng tìm kiếm cửa hậu trong IP nguồn mở). Đáng chú ý là điều này không thể thực hiện được đối với IP được cấp phép từ bên thứ 3.

Các quốc gia thành viên EU đã nhất trí “làm việc hướng tới các tiêu chuẩn chung và, khi thích hợp, chứng nhận cho các thiết bị điện tử đáng tin cậy, cũng như các yêu cầu chung về mua sắm chip an toàn và hệ thống nhúng trong các ứng dụng hoặc sử dụng rộng rãi công nghệ chip”.

Các thủ tục chứng nhận tham chiếu cho các ngành và công nghệ quan trọng có tác động xã hội là cần thiết. Chứng nhận các chip này về độ tin cậy và bảo mật phải bao gồm chuỗi giá trị cho đến khi tích hợp vào các sản phẩm cuối cùng và phải được phản ánh trong hoạt động mua sắm công và được thúc đẩy trong các hoạt động tiêu chuẩn hóa quốc tế.

Đạo luật Chip EU

Thực tế cho thấy, Chip đã trở thành một phần của cuộc đua công nghệ toàn cầu, là trung tâm của các lợi ích chiến lược mạnh mẽ. Trong khi nhu cầu toàn cầu bùng nổ, thị phần của châu Âu trên toàn bộ chuỗi giá trị, từ thiết kế đến năng lực sản xuất đã thu hẹp. EU hiện chỉ chiếm khoảng 10% thị phần toàn cầu và phụ thuộc rất nhiều vào các nhà cung cấp ở nước thứ ba - gần 80% có trụ sở chính bên ngoài EU. Đây không chỉ là vấn đề về khả năng cạnh tranh mà còn là vấn đề về chủ quyền công nghệ của EU.

Nếu chính phủ các quốc gia thành viên EU không tăng cường và đẩy mạnh nỗ lực, sẽ có nguy cơ rất thực tế là ngành công nghiệp bán dẫn châu Âu sẽ mất đi vị thế nổi bật trong chuỗi giá trị bán dẫn toàn cầu và do đó châu Âu sẽ mất đi một tài sản chiến lược.

Vì lý do này, Ủy ban EU đã đề xuất Đạo luật Chip EU, nhằm tăng cường khả năng cạnh tranh và khả năng phục hồi của châu Âu trong lĩnh vực chiến lược này.

Đạo luật Chip EU được ban hành vào tháng 9 năm 2023 đánh dấu một sự thay đổi chính sách lớn nhằm khôi phục chính sách công nghiệp ở châu Âu. Bằng cách cho phép nhà nước trợ cấp cho các dự án bán dẫn, nó có tiềm năng đảm bảo an ninh chuỗi cung ứng và quyền tự chủ công nghệ của châu Âu trong một ngành do Mỹ và Đông Á thống trị. Đây là bước đi quan trọng đối với chủ quyền công nghệ của EU; và nó sẽ đảm bảo châu Âu đạt được mục tiêu thập kỷ kỹ thuật số là tăng gấp đôi thị phần toàn cầu về bán dẫn lên 20%, đồng thời EU đóng vai trò dẫn đầu trong việc thiết kế và sản xuất thế hệ vi mạch tiếp theo, có kích thước 2 nanomet trở xuống.

Đạo luật Chips tập trung vào 5 mục tiêu chiến lược:

- Tăng cường nghiên cứu và lãnh đạo công nghệ

- Xây dựng và củng cố năng lực của châu Âu trong việc đổi mới thiết kế, sản xuất và đóng gói chip tiên tiến

- Thiết lập một khuôn khổ đầy đủ để tăng sản lượng vào năm 2030

- Giải quyết tình trạng thiếu hụt kỹ năng và thu hút nhân tài mới

- Phát triển sự hiểu biết sâu sắc về chuỗi cung ứng chất bán dẫn toàn cầu

Những mục tiêu này sẽ trụ cột hành động:

1. “Sáng kiến Chip EU” sẽ hỗ trợ xây dựng năng lực công nghệ và đổi mới quy mô lớn trên toàn Liên minh và cho phép phát triển và triển khai các công nghệ bán dẫn và lượng tử thế hệ tiếp theo tiên tiến. Hỗ trợ các công ty khởi nghiệp sáng tạo, các doanh nghiệp mở rộng quy mô và các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong việc tiếp cận nguồn vốn tài trợ thông qua Quỹ Chip.

2. Một khuôn khổ đảm bảo an ninh cung ứng và khả năng phục hồi của ngành bán dẫn của Liên minh sẽ thu hút và tăng cường năng lực sản xuất trong sản xuất bán dẫn, đóng gói tiên tiến, thử nghiệm và lắp ráp.

Theo trụ cột này, Ủy ban đã công bố hướng dẫn để có được Quy chế cơ sở sản xuất tích hợp và xưởng đúc mở của EU, giúp hợp lý hóa các quy trình hành chính và ưu tiên tiếp cận các dây chuyền thí điểm cho các cơ sở bán dẫn (là các cơ sở sản xuất chất bán dẫndành ít nhất một phần năng lực sản xuất nhất định để sản xuất chip theo thiết kế của các công ty khác, đặc biệt là các công ty không có nhà máy).

3. Ủy ban Bán dẫn châu Âu sẽ đóng vai trò là cơ chế phối hợp giữa các quốc gia thành viên và Ủy ban để lập bản đồ và giám sát chuỗi giá trị bán dẫn của Liên minh cũng như ngăn ngừa và ứng phó với các cuộc khủng hoảng bán dẫn bằng các biện pháp khẩn cấp tạm thời.

Việc quản lý Đạo luật Chip châu Âu được giám sát bởi Hội đồng Bán dẫn châu Âu (ESB), bao gồm đại diện từ các Quốc gia Thành viên và do Ủy ban lãnh đạo. Đạo luật Chips dự kiến sẽ mang lại hơn 100 tỷ euro tiền đầu tư theo chính sách sẽ hỗ trợ Đạo luật Chips cho đến năm 2030, bao gồm cả đầu tư công và tư, trong đó, khoản đầu tư công là hơn 43 tỷ euro.

Tổng quan về Sáng kiến Chip EU

Đạo luật Chip châu Âu thiết lập Sáng kiến Chip EU với mục tiêu hỗ trợ xây dựng năng lực công nghệ và đổi mới sáng tạo trong Liên minh bằng cách thu hẹp khoảng cách giữa năng lực nghiên cứu và đổi mới tiên tiến của Liên minh với việc khai thác công nghiệp của họ.

Tổng quan về Sáng kiến Chip EU

Để đạt được mục tiêu này, Sáng kiến Chip EU có 5 mục tiêu hoạt động sau:

1. Thiết lập Nền tảng Thiết kế

2. Nâng cao các tuyến thí điểm hiện có và phát triển các tuyến thí điểm mới tiên tiến

3. Xây dựng năng lực để đẩy nhanh quá trình phát triển chip lượng tử và các công nghệ bán dẫn liên quan

4. Thiết lập mạng lưới các trung tâm năng lực trên toàn Liên minh

5. Thành lập Quỹ Chip để tạo điều kiện tiếp cận nguồn vốn vay nợ và vốn chủ sở hữu, đặc biệt là đối với các công ty khởi nghiệp, công ty mở rộng quy mô, doanh nghiệp vừa và nhỏ và các công ty vốn hóa vừa

Ngoại trừ Quỹ Chip (sẽ được Hội đồng Đổi mới châu Âu và InvestEU triển khai), Sáng kiến này chủ yếu sẽ được triển khai thông qua Quan hệ đối tác Chip (Chip JU); trước đây gọi là Quan hệ đối tác Công nghệ số then chốt. Sáng kiến này được hỗ trợ bởi nguồn tài trợ từ các chương trình Horizon Europe và Digital Europe.

Nền tảng thiết kế

Nền tảng thiết kế được đề xuất trong Đạo luật Chips là một môi trường ảo dựa trên đám mây sẽ được cung cấp trên toàn Liên minh, tích hợp nhiều tiện ích thiết kế, từ thư viện IP đến các công cụ Tự động hóa thiết kế điện tử (EDA), cũng như các dịch vụ hỗ trợ. Nền tảng này sẽ có thể truy cập theo cách mở, không phân biệt đối xử và minh bạch. Nó sẽ thúc đẩy sự hợp tác rộng rãi giữa người dùng và các tác nhân chính của hệ sinh thái và củng cố năng lực thiết kế chip của châu Âu.

Lĩnh vực thí điểm

Sáng kiến Chip EU bao gồm một số dây chuyền thí điểm cho mục đích phát triển quy trình, thử nghiệm và thử nghiệm, cũng như sản xuất quy mô nhỏ. Chúng sẽ đóng vai trò là nền tảng cho nghiên cứu và phát triển của châu Âu với góc nhìn công nghiệp để thu hẹp khoảng cách từ phòng thí nghiệm đến nhà máy.

Một danh sách chưa đầy đủ về ba lĩnh vực thí điểm có tầm quan trọng chiến lược đối với châu Âu đã được xác định:

- Phát triển công nghệ quy trình GAA dưới 2nm

- Công nghệ FD-SOI ở mức 10nm trở xuống

- Tích hợp không đồng nhất

Chip lượng tử và các công nghệ bán dẫn liên quan

Sáng kiến Chip EU cũng sẽ tập trung vào các nhu cầu cụ thể của thế hệ linh kiện xử lý thông tin trong tương lai khai thác các nguyên lý phi cổ điển, đặc biệt là chip khai thác hiệu ứng lượng tử (tức là chip lượng tử).

Cụ thể, Sáng kiến này sẽ hỗ trợ phát triển các thư viện thiết kế cho chip lượng tử, các dây chuyền thí điểm mới hoặc hiện có, phòng sạch và xưởng đúc để tạo mẫu và sản xuất chip lượng tử cũng như các cơ sở thử nghiệm và xác nhận chip lượng tử tiên tiến do các dây chuyền thí điểm sản xuất.

Đạo luật chip EU chỉ là bước đầu tiên hướng tới quyền tự chủ công nghệ. Châu Âu cần cải cách quy định và thuế rộng hơn để tạo ra một môi trường thuận lợi giúp các nhà đổi mới tạo ra các công ty khởi nghiệp và để các công ty khởi nghiệp này mở rộng quy mô. Những cải cách này rất quan trọng để giải quyết những khoảng trống tài trợ đặc biệt mà các công ty khởi nghiệp châu Âu phải đối mặt.

Những thành công đầu tiên

Một năm sau khi Đạo luật Chip có hiệu lực, chúng ta đã thấy những thành công đầu tiên. Tại Đức, Intel đang xây dựng các nhà máy mới tại Magdeburg cho công nghệ mới nhất có kích thước dưới 2 nanomet và công ty Đài Loan TSMC tại Dresden. TSMC đang xây dựng nhà máy này với sự hợp tác của Bosch, Infineon và NXP; đây là nhà máy đầu tiên của công ty này tại châu Âu.

Liệu những thành công đầu tiên này có phải là tín hiệu của sự thay đổi? Suy cho cùng, STMicron và GF cũng đang có kế hoạch xây dựng một nhà máy mới tại Pháp. Một mặt, tình trạng mất dần thị phần sản xuất trong nhiều thập kỷ tại châu Âu dường như đã dừng lại. Theo ước tính của các nhà phân tích và tổ chức chuyên nghiệp, khoản đầu tư trị giá hàng tỷ đô la sẽ ngăn chặn thị phần toàn cầu.

Mặt khác – trái với hy vọng của Liên minh châu Âu - có lẽ thị phần chip cũng sẽ không tăng trước khi kết thúc thập kỷ này. Xét cho cùng, trong cuộc cạnh tranh quốc tế, rõ ràng là châu Âu có ít quyền lực (tài chính) hơn so với Hoa Kỳ và châu Á. Với 53 tỷ đô la Mỹ tiền tài trợ trực tiếp, 75 tỷ USD tiền cho vay và các khoản giảm thuế khác, Đạo luật CHIPS của Hoa Kỳ đang tạo nên một sự chênh lệch đầu tư đáng kể.

Hoa Kỳ cũng là nước dẫn đầu trong các lĩnh vực quan trọng như thiết kế chip và nghiên cứu trí tuệ nhân tạo. Châu Á cũng đang trợ cấp cho chất bán dẫn mạnh hơn châu Âu. Tại Trung Quốc, quỹ đầu tư nhà nước đã hỗ trợ ngành công nghiệp chất bán dẫn của nước này kể từ năm 2014 với tổng số tiền là 70 tỷ euro để giảm sự phụ thuộc vào Hoa Kỳ. Đài Loan, Hàn Quốc và Nhật Bản cũng đang trợ cấp cho các ngành công nghiệp địa phương của họ bằng các chương trình tương tự trị giá nhiều tỷ đô la.

Triển vọng thành công của Đạo luật Chip ChâuÂu là gì dựa trên những con số này? Thoạt nhìn, EU không có nhiều khả năng cung cấp về mặt tài chính; các quốc gia thành viên cũng bị ràng buộc bởi các quy định tài trợ nghiêm ngặt. Tuy nhiên, Đạo luật Chip EU đánh dấu một chương mới về vai trò của châu Âu trên thị trường công nghệ toàn cầu, không chỉ giúp châu Âu trở thành đối tác có năng lực hơn mà còn có ảnh hưởng đáng kể đến các chính sách và xu hướng công nghệ toàn cầu.

(Bài viết đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 4 tháng 4/2025)