Tại sao công nghệ đóng gói chip lại quan trọng trong cuộc đua AI giữa Mỹ - Trung Quốc?

Trong khoản đầu tư nước ngoài lớn nhất trong lịch sử nước Mỹ, công ty sản xuất bán dẫn Đài Loan TSMC đã công bố khoản đầu tư 100 tỷ USD, thu hút sự chú ý của toàn cầu và gây lo ngại ở Đài Loan.

TSMC, công ty sản xuất hơn 90% chip bán dẫn tiên tiến trên thế giới, sẽ xây dựng hai cơ sở đóng gói chip tiên tiến mới tại Arizona, cùng với các cơ sở khác.

Nhu cầu về công nghệ đóng gói tiên tiến hiện ​​đang tăng theo cấp số nhân cùng với cơn sốt trí tuệ nhân tạo (AI) toàn cầu, và điều đó có ý nghĩa gì đối với cuộc đua giành quyền thống trị AI giữa Mỹ và Trung Quốc.

Mặc dù hai nước đã tuyên bố tạm thời ngừng áp thuế quan ba chữ số gây gián đoạn trong 90 ngày, nhưng mối quan hệ vẫn căng thẳng do đang bất hòa về các hạn chế đối với chip do Mỹ áp đặt và các vấn đề khác.

Triển lãm Computex 2025 hồi tháng 5 tại Đà Loan (Ảnh: I-Hwa Cheng/AFP/Getty Images).

Đóng gói tiên tiến là gì?

Tháng trước, Computex, một triển lãm thương mại thường niên ở Đài Bắc đã trở thành tâm điểm chú ý vì sự bùng nổ của AI. Tại đây CEO của hãng sản xuất chip Nvidia, Jensen Huang, đã cho biết "tầm quan trọng của việc đóng gói tiên tiến đối với AI là rất cao" và tuyên bố rằng "không ai thúc đẩy mạnh mẽ việc đóng gói tiên tiến hơn tôi".

Việc đóng gói đề cập đến một trong những quy trình sản xuất chip bán dẫn, nghĩa là quy trình bảo vệ và kết nối chip bán dẫn với các linh kiện bên ngoài. Đây là bước cuối cùng trong sản xuất chip, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ chip khỏi các tác động vật lý, nhiệt độ, và độ ẩm.

Cụ thể, đóng gói tiên tiến đề cập đến các kỹ thuật cho phép kết nối nhiều chip hơn - chẳng hạn như bộ xử lý đồ họa (GPU), bộ xử lý trung tâm (CPU) hoặc bộ nhớ băng thông cao (HBM) - được đặt gần nhau hơn, dẫn đến hiệu suất tổng thể tốt hơn, truyền dữ liệu nhanh hơn và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn.

Nói một cách dễ hiểu là có thể ví những con chip này giống như các phòng/ban khác nhau trong một công ty. Các phòng/ban càng gần nhau thì mọi người càng dễ dàng di chuyển giữa các phòng ban và trao đổi ý tưởng, từ đó cắt giảm thời gian và nâng cao hiệu quả hoạt động hơn.

“Việc cố gắng đặt các con chip càng gần nhau và đưa ra các giải pháp khác nhau để kết nối giữa các con chip trở nên dễ dàng hơn là cần thiết”, Dan Nystedt, Phó Chủ tịch của công ty đầu tư tư nhân TrioOrient có trụ sở tại Châu Á, trao đổi với CNN.

Theo một cách nào đó, đóng gói chip tiên tiến tuân theo Định luật Moore, theo ý tưởng là số lượng bóng bán dẫn trên vi mạch sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 2 năm, vì những đột phá trong quy trình chế tạo chip.

Mặc dù có nhiều loại công nghệ đóng gói tiên tiến, CoWoS (Chips-on-Wafer-on-Substrate) do TSMC phát minh có thể nói là công nghệ được chú ý nhất kể từ khi ChatGPT của OpenAI ra mắt, làm bùng nổ cơn sốt AI.

CoWoS thậm chí đã trở thành một cái tên quen thuộc ở Đài Loan, khiến Lisa Su, CEO của Advanced Micro Devices (AMD), phải nói rằng hòn đảo này là “nơi duy nhất bạn nói CoWoS và mọi người đều hiểu”.

Điều gì làm cho công nghệ đóng gói chip tiên tiến của TSMC trở nên đáng chú ý đến như vậy? CoWoS là một trong những cách đóng gói chip tiên tiến nhất của TSMC, cho phép nhiều chip cùng vận hành chặt chẽ với nhau như một, giúp toàn bộ hệ thống nhanh hơn và hiệu quả hơn trong khi sử dụng ít năng lượng hơn.

Cách thức CoWoS hoạt động.

Tại sao công nghệ đóng gói tiên tiến lại quan trọng đến vậy?

Đóng gói tiên tiến đã trở thành một vấn đề lớn trong giới công nghệ vì đảm bảo cho các ứng dụng AI, đòi hỏi nhiều tính toán phức tạp, có thể vận hành mà không bị chậm trễ hoặc trục trặc.

CoWoS là thành phần không thể thiếu để sản xuất bộ xử lý AI, chẳng hạn như GPU do Nvidia và AMD sản xuất được sử dụng trong máy chủ AI hoặc trung tâm dữ liệu.

"Bạn có thể gọi đây là quy trình đóng gói Nvidia nếu muốn. Hầu như bất kỳ ai sản xuất chip AI đều đang sử dụng quy trình CoWoS", Nystedt cho biết.

Đó là lý do tại sao nhu cầu về công nghệ CoWoS tăng vọt. Do đó, TSMC đang phải vật lộn để tăng công suất sản xuất.

Trong chuyến thăm Đài Loan hồi tháng 1, CEO Huang trao đổi với các phóng viên rằng lượng công suất đóng gói tiên tiến hiện có "có lẽ gấp 4 lần" so với 2 năm trước.

"Công nghệ đóng gói này rất quan trọng đối với tương lai của điện toán. Bây giờ chúng ta cần có quy trình đóng gói tiên tiến rất phức tạp để ghép nhiều chip lại với nhau thành một chip khổng lồ", CEO Huang cho biết.

Lợi ích của Mỹ là gì?

Nếu chế tạo tiên tiến là một phần của câu đố về sản xuất chip, thì đóng gói tiên tiến là một phần khác.

Các nhà phân tích cho biết việc có cả hai mảnh ghép của bức tranh ghép hình đó ở Arizona có nghĩa là Mỹ sẽ có một "cửa hàng một cửa" cho sản xuất chip và một vị thế vững chắc hơn cho kho vũ khí AI của mình, mang lại lợi ích cho Apple, Nvidia, AMD, Qualcomm và Broadcom, một số khách hàng hàng đầu của TSMC.

"Điều này đảm bảo Mỹ có một chuỗi cung ứng hoàn chỉnh từ sản xuất tiên tiến tới đóng gói tiên tiến. Điều này sẽ mang lại lợi ích cho khả năng cạnh tranh của Mỹ trong lĩnh vực chip AI", Eric Chen, một nhà phân tích của công ty nghiên cứu thị trường Digitimes Research, nói với CNN.

Triển lãm Computex 2025 in Đài Loan hồi tháng 5 (Ảnh: I-Hwa Cheng/AFP/Getty Images).

Vì các công nghệ đóng gói tiên tiến quan trọng đối với AI hiện chỉ được sản xuất tại Đài Loan, nên việc công nghệ đóng gói này hiện diện ở Arizona cũng làm giảm rủi ro tiềm ẩn trong chuỗi cung ứng.

"Thay vì để tất cả trứng trong một giỏ, CoWoS sẽ có mặt tại Đài Loan và Mỹ, và điều đó mang lại sự an toàn và bảo mật hơn", Nystedt cho biết.

CoWoS được phát minh như thế nào?

Mặc dù CoWoS mới được quan tâm gần đây, nhưng công nghệ này thực sự đã tồn tại ít nhất 15 năm. Đây là đứa con tinh thần của một nhóm kỹ sư do Chiang Shang-yi đứng đầu, người đã làm việc hai nhiệm kỳ tại TSMC và nghỉ hưu với tư cách là đồng giám đốc điều hành.

Ông Chiang Shang-yi lần đầu tiên đề xuất phát triển công nghệ này vào năm 2009 nhằm cố gắng đưa nhiều bóng bán dẫn hơn vào chip và giải quyết tình trạng tắc nghẽn về hiệu suất.

Nhưng khi công nghệ này được phát triển, rất ít công ty áp dụng vì chi phí cao.

“Tôi chỉ có một khách hàng… Tôi thực sự đã trở thành trò cười (trong công ty), và có rất nhiều áp lực đè nặng lên tôi”, ông nhớ lại trong một dự án lịch sử kể chuyện năm 2022 được ghi lại cho Bảo tàng Lịch sử máy tính ở Mountain View, California.

Nhưng sự bùng nổ của AI đã xoay chuyển CoWoS, biến công nghệ này thành một trong những công nghệ phổ biến nhất. “Kết quả vượt quá mong đợi ban đầu của chúng tôi”, ông Chiang cho biết.

Trong chuỗi cung ứng chất bán dẫn toàn cầu, các công ty chuyên về dịch vụ đóng gói và thử nghiệm được gọi là các công ty lắp ráp và thử nghiệm chất bán dẫn thuê ngoài (OSAT).

Ngoài TSMC, Samsung của Hàn Quốc và Intel của Mỹ cũng như các công ty OSAT bao gồm Tập đoàn JCET của Trung Quốc, Amkor của Mỹ và Tập đoàn ASE của Đài Loan và SPIL đều là những công ty chủ chốt trong các công nghệ đóng gói tiên tiến./.