Công đoạn đóng gói trở thành cuộc đua mới trong ngành bán dẫn

Cuộc đua toàn cầu nhằm xây dựng hạ tầng trí tuệ nhân tạo (AI) đang kích hoạt hàng tỷ USD vốn đầu tư vào công nghệ đóng gói vi mạch tiên tiến — một công đoạn từng không mấy được chú ý trong ngành công nghệ nhưng nay đã trở thành điểm then chốt để sản xuất ra những bộ vi xử lý mạnh nhất thế giới.

Các lãnh đạo doanh nghiệp và chuyên gia phân tích trong ngành cho biết, trong bối cảnh nhu cầu chip AI vượt xa khả năng đóng gói hiện có, nhiều công ty từ những "gã khổng lồ" như Nvidia, AMD cho đến các doanh nghiệp ít tiếng tăm hơn tại vùng lãnh thổ Đài Loan (Trung Quốc) đều đang mở rộng sản xuất.

Cựu Tổng giám đốc điều hành của công ty sản xuất chip Intel, ông Pat Gelsinger — hiện là đối tác tại quỹ Playground Global — cho biết đóng gói từng là công đoạn mà trước đây chẳng mấy ai phải bận tâm. Tuy nhiên, ông Gelsinger ước tính công nghệ đóng gói tiên tiến có thể chiếm tới một nửa giá trị của một sản phẩm chip, trong bối cảnh một số bộ vi xử lý đồ họa (GPU) và bộ vi xử lý trung tâm (CPU) ngày nay có thể tích hợp tới 10 chip thành phần trở lên, thậm chí đôi khi lên đến 20 chip.

TSMC của vùng lãnh thổ Đài Loan (Trung Quốc), nhà sản xuất chip theo hợp đồng lớn nhất thế giới, hiện nắm giữ vị trí thống trị đối với các công nghệ đóng gói tiên tiến phức tạp nhất, trong đó có công nghệ Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS). Công nghệ này kết nối các mảnh silicon riêng biệt — chẳng hạn như bộ vi xử lý và chip nhớ — trên một phần đế chung, cho phép chúng vận hành cùng nhau với tốc độ cao. Nvidia, AMD, Broadcom cũng như các công ty điện toán đám mây đang ứng dụng rộng rãi CoWoS để tự phát triển chip AI riêng.

Để hỗ trợ các gói chip lớn và phức tạp hơn, TSMC cũng đang tự phát triển công nghệ dựa trên tấm nền của riêng mình với tên gọi Chip-on-Panel-on-Substrate (CoPoS). Vào tháng 4, TSMC cho biết đã xây dựng một dây chuyền thử nghiệm và dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất trong vòng một vài năm tới, song CoWoS vẫn tiếp tục là công nghệ đóng gói chip AI chủ lực của tập đoàn.

Tuy nhiên, giới hạn về năng lực sản xuất của TSMC đã buộc một số nhà thiết kế chip phải tìm kiếm thêm nguồn cung thay thế. Một nguồn thạo tin cho hay Nvidia đang tài trợ hàng tỷ USD để mở rộng công suất đóng gói CoWoS tại Siliconware Precision Industries (SPIL), một đơn vị trực thuộc Tập đoàn sản xuất chất bán dẫn ASE Technology.

Chủ tịch công ty Powertech Technology, ông D K Tsai, cho biết mọi doanh nghiệp đều đang tìm kiếm giải pháp bên ngoài hệ sinh thái của TSMC vì họ không muốn phụ thuộc hoàn toàn vào tập đoàn này. Powertech (còn gọi là PTI) đang đặt cược vào công nghệ đóng gói cấp tấm nền (panel-level packaging), sử dụng các tấm nền hình chữ nhật lớn hơn thay vì các phiến silicon (wafer) hình tròn làm nền tảng đóng gói chip.

Phó Chủ tịch cấp cao của PTI, ông Jim Lin, nhấn mạnh rằng điều quan trọng nhất hiện nay là năng lực sản xuất, đồng thời cho biết thêm các khách hàng đang chờ đợi công ty tăng tốc quy mô sản xuất. Ông Tsai cho biết Powertech dự định đầu tư 400 triệu USD vào một liên doanh đóng gói tiên tiến với Broadcom tại Singapore (Xin-ga-po), với thời điểm bắt đầu sản xuất có thể vào năm 2028.

Về phía AMD, hãng này cũng công bố các khoản đầu tư trị giá hơn 10 tỷ USD trên khắp ngành bán dẫn của vùng lãnh thổ Đài Loan (Trung Quốc), bao gồm các thoả thuận hợp tác với ASE, SPIL và Powertech về công nghệ đóng gói tiên tiến.

Làn sóng bùng nổ về đóng gói chip cũng đang mở ra một thị trường hoàn toàn mới cho các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn. Trước đây, các công ty này thường chỉ tập trung vào các đoạn đầu của quy trình chế tạo chip — thời điểm các vi mạch được khắc lên bề mặt silicon. Trong khi đó, công đoạn đóng gói tiên tiến diễn ra ở giai đoạn sau, khi các chip, bộ nhớ hoặc các linh kiện khác được ghép nối lại thành một sản phẩm hoàn chỉnh có hiệu năng cao.

Ông Seiji Nakama, Chủ tịch công ty chế tạo thiết bị sản xuất chất bán dẫn Tokyo Electron Taiwan, nhận xét rằng phân khúc đóng gói tiên tiến đang tăng trưởng nhanh hơn nhiều so với thị trường thiết bị chế tạo chip tổng thể, mặc dù quy mô của nó hiện vẫn nhỏ hơn.

Trong khi đó, một đại diện từ nhà sản xuất thiết bị và phần mềm Applied Materials của Mỹ dự báo thị trường đóng gói tiên tiến, bao gồm cả công nghệ cấp tấm nền, có thể sẽ tăng trưởng bứt phá trong vòng 3-5 năm tới. Phó Chủ tịch Sree Kesapragada của Applied Materials khẳng định đây là viễn cảnh ở tương lai rất gần, chứ không phải chuyện của 10 năm hay 15 năm nữa.