Có gì bên trong 'cỗ máy phức tạp nhất lịch sử nhân loại' - thiết bị đang là trung tâm của cuộc chiến công nghệ Mỹ-Trung

Tổng thống Biden và nhiều nhà lập pháp ở Washington những ngày này đang lo lắng về chip máy tính và tham vọng của Trung Quốc trong việc nắm giữ các công nghệ nền tảng.

Nhưng, một cỗ máy khổng lồ được bán bởi một công ty Hà Lan, đã nổi lên như một đòn bẩy chính cho các nhà hoạch định chính sách. Và nó cũng minh họa cho việc hy vọng xây dựng một chuỗi cung ứng hoàn toàn tự cung tự cấp trong lĩnh vực công nghệ bán dẫn của bất kỳ quốc gia nào đều là điều phi thực tế.

Cỗ máy này được sản xuất bởi ASML Holding, một công ty có trụ sở tại Veldhoven. Hệ thống của nó sử dụng một loại ánh sáng để xác định các mạch siêu nhỏ trên chip, sau đó "đóng gói" nó với hiệu suất cao vào các lát silicon nhỏ. Công cụ này, mất nhiều thập kỷ để phát triển và được giới thiệu để sản xuất số lượng lớn vào năm 2017, có giá trị hơn 150 triệu USD. Để vận chuyển nó cho khách hàng, người ta cần sử dụng tới 40 container, 20 xe tải và ba chiếc Boeing 747.

Và giờ đây, cỗ máy phức tạp này được nhiều người thừa nhận là ngoài khả năng tạo ra những con chip tiên tiến nhất, nó còn mang một ý nghĩa địa chính trị to lớn khác. Chính quyền Mỹ dưới thời tổng thống Donald Trump đã vận động thành công chính phủ Hà Lan chặn các chuyến hàng chứa những cỗ máy như vậy được chuyển đến Trung Quốc vào năm 2019. Và chính quyền hiện tại của tổng thống Biden cũng không có dấu hiệu nào cho thấy sẽ đảo ngược lập trường đó.

"Các nhà sản xuất không thể sản xuất chip tiên tiến nhất mà không có hệ thống này và nó chỉ được sản xuất bởi công ty ASML của Hà Lan", Will Hunt, nhà phân tích nghiên cứu tại Trung tâm Bảo mật và Công nghệ mới nổi của Đại học Georgetown, cho biết. "Trung Quốc sẽ mất ít nhất một thập kỷ để chế tạo thiết bị tương tự của riêng mình. Và từ quan điểm của chính quyền Trung Quốc, đó là một điều đáng thất vọng."

Cỗ máy của ASML đã trở thành một điểm nghẽn trong chuỗi cung ứng chip, thứ hoạt động và có vai trò như bộ não trong máy tính và các thiết bị kỹ thuật số khác. Và việc nó được phát triển và sản xuất ở ba lục địa khác nhau - sử dụng chuyên môn và các bộ phận từ Nhật Bản, Mỹ và Đức - cũng là một lời nhắc nhở về mức độ toàn cầu của chuỗi cung ứng. Điều này cung cấp một rào cản thực tế cho bất kỳ quốc gia nào muốn đi trước trong lĩnh vực bán dẫn, một cách tự lập.

Điều đó không chỉ bao gồm Trung Quốc mà còn bao gồm cả Mỹ, nơi Quốc hội vẫn đang tranh luận về kế hoạch chi hơn 50 tỷ USD để giảm sự phụ thuộc vào các nhà sản xuất chip nước ngoài. Nhiều nhánh của chính phủ liên bang, đặc biệt là Lầu Năm Góc, đã lo lắng về sự phụ thuộc của Mỹ vào nhà sản xuất chip hàng đầu của Đài Loan TSMC và sự gần gũi của hòn đảo này với Trung Quốc.

Một nghiên cứu hồi đầu năm của Tập đoàn tư vấn Boston và Hiệp hội Công nghiệp Chất bán dẫn Hoa Kỳ ước tính rằng việc tạo ra một chuỗi cung ứng chip theo dạng "tự cung tự cấp" sẽ mất ít nhất 1 nghìn tỷ USD và làm tăng giá mạnh mẽ đối với chip và các sản phẩm làm từ chúng.

Willy Shih, giáo sư quản lý tại Trường Kinh doanh Harvard, người nghiên cứu về chuỗi cung ứng, thì cho biết mục tiêu đó "hoàn toàn không thực tế" đối với bất kỳ ai. Theo ông, công nghệ của ASML "là một ví dụ tuyệt vời về lý do tại sao bạn lại có thương mại toàn cầu."

Tình hình này càng nhấn mạnh vai trò quan trọng của ASML, một công ty từng được ít người biết đến, nhưng có giá trị thị trường hiện đã vượt quá 285 tỷ ÚD. CJ Muse, một nhà phân tích tại Evercore ISI, cho biết đây chính là "công ty quan trọng nhất mà bạn chưa từng nghe đến".

Được thành lập vào năm 1984 bởi tập đoàn điện tử khổng lồ Philips và một nhà sản xuất công cụ có tên Advanced Semiconductor Materials International, ASML đã dần trở thành một công ty độc lập và cho đến nay nó là là nhà cung cấp thiết bị sản xuất chip lớn nhất thế giới liên quan đến quy trình gọi là in thạch bản.

Sử dụng kỹ thuật in thạch bản, các nhà sản xuất liên tục chiếu các mẫu mạch chip lên các tấm silicon. Càng nhiều bóng bán dẫn nhỏ và các thành phần khác có thể được thêm vào một con chip riêng lẻ, thì nó càng trở nên mạnh mẽ hơn và có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn. Tốc độ thu nhỏ đó được gọi là Định luật Moore, được đặt theo tên của Gordon Moore, một người đồng sáng lập của tập đoàn chip khổng lồ Intel.

Năm 1997, ASML bắt đầu nghiên cứu chuyển sang công nghệ sử dụng tia cực tím, hay EUV (extreme ultraviolet). Loại ánh sáng này có bước sóng siêu nhỏ, có thể tạo ra các mạch nhỏ hơn nhiều so với khả năng có thể có với kỹ thuật in thạch bản thông thường. Sau đó, công ty quyết định chế tạo cỗ máy dựa trên công nghệ này, một nỗ lực đã tiêu tốn 8 tỷ USD kể từ cuối những năm 1990.

Quá trình phát triển nhanh chóng lan ra toàn cầu. ASML hiện đang lắp ráp các máy móc tiên tiến bằng cách sử dụng các thấu kính từ Đức và phần cứng được phát triển ở San Diego, thứ sẽ tạo ra ánh sáng bằng cách bắn các giọt thiếc bằng tia laser. Còn các thành phần và hóa chất chính sẽ đến từ Nhật Bản.

Peter Wennink, giám đốc điều hành của ASML, cho biết việc thiếu tiền trong những năm đầu của công ty đã khiến họ phải tích hợp các phát minh từ các nhà cung cấp đặc biệt, thứ sau đó tạo ra cái mà ông gọi là "mạng tri thức hợp tác" và đã mang lại sự đổi mới nhanh chóng.

"Chúng tôi buộc bản thân không tự làm những gì người khác làm tốt hơn", ông nói.

Có thể nói ASML được xây dựng trên cơ sở của một loạt các sự hợp tác quốc tế. Vào đầu những năm 1980, các nhà nghiên cứu ở Mỹ, Nhật Bản và Châu Âu bắt đầu xem xét sự thay đổi triệt để của các nguồn sáng. Ý tưởng này được đưa ra bởi một tập đoàn bao gồm Intel và hai nhà sản xuất chip khác của Mỹ, cũng như các phòng thí nghiệm của Bộ Năng lượng nước này.

Martin van den Brink, chủ tịch kiêm giám đốc công nghệ của ASML cho biết ASML đã tham gia vào năm 1999 sau hơn một năm đàm phán. Các đối tác khác của công ty bao gồm trung tâm nghiên cứu Imec ở Bỉ và một tập đoàn khác của Hoa Kỳ, Sematech. ASML sau đó đã thu hút các khoản đầu tư lớn từ Intel, Samsung và TSMC của Đài Loan để giúp tài trợ cho quá trình phát triển.

Sự phát triển đó càng trở nên phức tạp hơn nữa bởi sự kỳ quặc của ánh sáng cực tím. Máy in thạch bản thường tập trung ánh sáng qua thấu kính để chiếu các mẫu mạch lên tấm wafer. Nhưng các bước sóng EUV nhỏ bị thủy tinh hấp thụ, vì vậy thấu kính sẽ không hoạt động. Gương, một công cụ phổ biến khác để chiếu trực tiếp ánh sáng, cũng có vấn đề tương tự. Điều đó có nghĩa là kỹ thuật in thạch bản mới yêu cầu những tấm gương có lớp phủ phức hợp kết hợp với nhau để phản xạ tốt hơn các bước sóng nhỏ.

Vì vậy, ASML đã chuyển sang tiếp cận Zeiss Group, một công ty quang học có lịch sử 175 năm tuổi của Đức. Những đóng góp của nó bao gồm một hệ thống chiếu nặng 2 tấn để xử lý ánh sáng cực tím cực mạnh, với sáu tấm gương có hình dạng đặc biệt được mài, đánh bóng và tráng trong vài tháng trong một quy trình tự động công phu sử dụng chùm ion để loại bỏ các khiếm khuyết.

Ông van den Brink cũng cho biết việc tạo ra đủ ánh sáng để chiếu hình ảnh một cách nhanh chóng cũng gây ra sự chậm trễ. Nhưng Cymer, một công ty ở San Diego mà ASML đã mua lại vào năm 2013, cuối cùng đã cải tiến một hệ thống cho phép hướng các xung từ tia laser công suất cao tới các giọt thiếc 50.000 lần một giây - một lần để làm phẳng chúng và lần thứ hai để làm chúng bốc hơi - để tạo ra ánh sáng cường độ cao.

Hệ thống mới cũng yêu cầu các thành phần được thiết kế lại gọi là photomask, hoạt động giống như giấy nến trong thiết kế mạch chiếu, cũng như các chất hóa học mới để lắng đọng trên tấm wafer tạo ra những hình ảnh khi tiếp xúc với ánh sáng. Các công ty Nhật Bản hiện cung cấp hầu hết các sản phẩm đó.

Kể từ khi ASML giới thiệu mô hình EUV thương mại của mình vào năm 2017, khách hàng đã mua khoảng 100 đơn vị trong số đó. Người mua bao gồm Samsung và TSMC, hai đơn vị sản xuất chip lớn nhất chuyên gia công thành phẩm do các công ty khác thiết kế. TSMC sử dụng công cụ này để tạo ra các bộ vi xử lý do Apple thiết kế để đặt vào những chiếc iPhone mới nhất của mình. Intel và IBM đã cho biết công nghệ EUV cũng rất quan trọng đối với kế hoạch của họ.

Darío Gil, phó chủ tịch cấp cao của IBM cho biết: "Đó chắc chắn là cỗ máy phức tạp nhất mà con người đã chế tạo ra."

Các quy định hạn chế của Hà Lan đối với việc xuất khẩu các loại máy móc như vậy sang Trung Quốc, đã được thực thi từ năm 2019, không ảnh hưởng nhiều đến tài chính đối với ASML, vì nó có lượng đơn đặt hàng tồn đọng từ các quốc gia khác. Nhưng khoảng 15% doanh thu của công ty cũng đến từ việc bán các hệ thống cũ hơn ở Trung Quốc.

Trong một báo cáo cuối cùng trước Quốc hội và tổng thống Biden vào tháng 3, Ủy ban An ninh Quốc gia về Trí tuệ Nhân tạo đã đề xuất mở rộng các biện pháp kiểm soát xuất khẩu đối với một số máy ASML tiên tiến khác. Ủy ban này là tổ chức được tài trợ bởi Quốc hội Mỹ, chuyên trách tìm cách hạn chế những tiến bộ của trí tuệ nhân tạo với các ứng dụng quân sự.

Nhà nghiên cứu Will Hunt và các chuyên gia chính sách khác lập luận rằng vì Trung Quốc đã sử dụng những cỗ máy đó, nên việc ngăn chặn doanh số bán hàng bổ sung sẽ làm tổn hại đến ASML mà không có nhiều lợi ích chiến lược. Công ty Hà Lan chắc chắn cũng cho là vậy.

"Tôi hy vọng nhận thức chung này sẽ thắng thế", ông van den Brink cũng nhận định.

Tham khảo NYTimes