Việt Nam vừa bước vào "câu lạc bộ dầu mỏ thế kỷ 21": Đây là đỉnh cao của nhân loại, cực ít quốc gia làm được

Trong lịch sử phát triển của văn minh nhân loại, hiếm có vật phẩm nhỏ bé nào lại nắm giữ quyền năng định hình lại trật tự thế giới như vi mạch bán dẫn.

Trong cuốn sách “Chip War - Cuộc chiến vi mạch”, tác giả Chris Miller đã nhận định rằng, nếu như cán cân quyền lực của thế kỷ 20 xoay quanh tài nguyên dầu mỏ, thì đến thế kỷ 21, cuộc chiến này chuyển sang một thứ còn quan trọng và khan hiếm hơn gấp bội: chip bán dẫn.

Được ví như "dầu mỏ của thế kỷ 21", chip bán dẫn không chỉ là trái tim của mọi thiết bị điện tử từ điện thoại thông minh, máy tính, đến xe điện và hệ thống phòng thủ quân sự, mà còn là điểm nóng của các cuộc cạnh tranh địa chính trị gay gắt nhất.

Khả năng làm chủ công nghệ chế tạo chip qua đó đã trở thành thước đo tối thượng cho năng lực khoa học kỹ thuật và sự tự chủ của một quốc gia. Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang trải qua những đợt rung chấn mạnh mẽ nhằm tái cấu trúc để giảm thiểu rủi ro địa chính trị, Việt Nam đang nổi lên như một điểm sáng hiếm hoi, một mắt xích chiến lược mới của thế giới.

Ngày 16/1 đã đánh dấu sự kiện khởi công nhà máy sản xuất chip bán dẫn đầu tiên của Việt Nam do Viettel triển khai. Nhà máy chế tạo chip bán dẫn sẽ giúp các công ty thiết kế, các công ty khởi nghiệp, các phòng thí nghiệm, các viện nghiên cứu và các trường đại học có thể chế tạo mẫu nhanh để thử nghiệm hoàn thiện công nghệ, thúc đẩy tiến hóa trong công nghệ thiết kế chip.

Đây là dấu mốc lần đầu tiên Việt Nam hình thành năng lực chế tạo chip bán dẫn trong nước, tạo nền tảng cho mục tiêu từng bước làm chủ công nghệ lõi và phát triển hệ sinh thái bán dẫn trong nước, chuyển mình từ tham gia sang làm chủ, từ lắp ráp sang sáng tạo, góp phần nâng cao tiềm lực, vị thế của Việt Nam trong kỷ nguyên số.

Câu hỏi đặt ra là chip bán dẫn là công nghệ tinh vi cỡ nào và vì sao Việt Nam nằm trong số ít quốc gia sở hữu năng lực chế tạo thứ này?

Vì sao năng lực Việt Nam nắm giữ vô cùng tinh vi?

Để hiểu được tầm vóc của những thành tựu mà Việt Nam đang hướng tới, trước hết cần phải thấu hiểu bản chất của những rào cản kỹ thuật trong ngành bán dẫn.

Đây không phải là một quy trình sản xuất công nghiệp thông thường mà là sự tổng hòa của vật lý lượng tử, hóa học tiên tiến, cơ khí chính xác cấp độ nguyên tử và quản lý môi trường siêu sạch. Một công nghệ đỉnh cao rất ít quốc gia trên thế giới có thể đảm nhiệm toàn bộ mọi quy trình.

Trái tim của quá trình sản xuất chip là quang khắc (photolithography) – quy trình sử dụng ánh sáng để in các mẫu mạch điện lên tấm wafer silicon. Khi định luật Moore thúc đẩy việc thu nhỏ kích thước transistor xuống dưới 7nm, 5nm và hiện nay là 3nm, ngành công nghiệp đã chạm đến những giới hạn vật lý cơ bản của ánh sáng.

Sự chuyển dịch từ công nghệ DUV (Deep Ultraviolet) với bước sóng 193nm sang EUV (Extreme Ultraviolet) với bước sóng 13.5nm là một bước nhảy vọt vĩ đại, nhưng cũng đi kèm với những thách thức kỹ thuật chưa từng có.

Ánh sáng EUV không tồn tại tự nhiên ở cường độ đủ lớn để phục vụ sản xuất công nghiệp. Để tạo ra nguồn sáng này, hệ thống máy quang khắc của ASML – công ty duy nhất trên thế giới thương mại hóa thành công công nghệ này – phải thực hiện một quy trình dường như viễn tưởng.

Một máy phát xung laser công suất cao bắn vào các giọt thiếc nóng chảy đang rơi trong buồng chân không với tần suất 50.000 lần mỗi giây. Cú va chạm này biến thiếc thành trạng thái plasma, phát ra bức xạ EUV ở bước sóng 13.5nm. Nhiệt độ của plasma này lên tới hàng trăm ngàn độ C, nóng hơn bề mặt Mặt Trời nhiều lần.

Vấn đề phức tạp tiếp theo nằm ở chỗ, tia EUV bị hấp thụ bởi hầu hết mọi loại vật chất, bao gồm cả không khí và thấu kính thủy tinh thông thường.

Do đó, toàn bộ quá trình quang khắc phải diễn ra trong môi trường chân không tuyệt đối. Thay vì sử dụng thấu kính khúc xạ truyền thống, hệ thống quang học của máy EUV sử dụng một loạt các gương phản xạ đa lớp được chế tạo từ các lớp xen kẽ của Molybdenum (Mo) và Silicon (Si) với độ chính xác cấp nguyên tử.

Bất kỳ sai số nhỏ nào trong độ phẳng của gương, dù chỉ là vài picomet, cũng sẽ dẫn đến việc hình ảnh mạch điện bị mờ hoặc biến dạng khi in lên wafer.

Ngay cả trước khi EUV trở nên phổ biến, để vượt qua giới hạn nhiễu xạ của ánh sáng 193nm trong các tiến trình 7nm đời đầu (ví dụ của SMIC hay TSMC thời kỳ đầu), các kỹ sư đã phải sử dụng kỹ thuật in đa lớp.

Điều này đồng nghĩa với việc để tạo ra một lớp mạch đơn lẻ, hệ thống phải thực hiện phơi sáng ba hoặc bốn lần với các mặt nạ khác nhau. Kỹ thuật này làm tăng chi phí sản xuất theo cấp số nhân và đòi hỏi độ chính xác chồng lớp cực cao.

Việc quản lý các mặt nạ cũng là một thách thức lớn, khi một hạt bụi kích thước nano bám trên mặt nạ có thể gây ra lỗi lặp lại trên hàng nghìn con chip. ASML đã mất hơn hai thập kỷ nghiên cứu và phát triển để hoàn thiện hệ thống, tạo ra một "hào sâu" công nghệ mà ngay cả các cường quốc như Trung Quốc cũng gặp khó khăn trong việc sao chép.

Sự phức tạp của chế tạo chip không chỉ nằm ở thiết bị, mà còn ở môi trường nơi thiết bị đó vận hành. Các nhà máy bán dẫn là những nơi sạch nhất trên Trái Đất.

Các Fab tiên tiến vận hành các phòng sạch đạt tiêu chuẩn ISO Class 1 (theo ISO 14644-1). Tiêu chuẩn này quy định mật độ hạt bụi cực kỳ khắt khe: không quá 2 hạt bụi có kích thước lớn hơn 0.3 micron và tuyệt đối không có hạt nào lớn hơn 1.0 micron trong mỗi mét khối không khí.

Để hình dung, một phòng phẫu thuật bệnh viện hiện đại thường chỉ đạt chuẩn ISO Class 5 hoặc 6, nghĩa là "bẩn" gấp hàng ngàn lần so với phòng sạch sản xuất chip.

Hệ thống lọc khí ULPA phải bao phủ 100% trần nhà, tạo ra dòng khí chảy tầng thẳng đứng để đảm bảo bất kỳ hạt bụi nào phát sinh sẽ bị đẩy ngay xuống sàn nâng và lọc bỏ, thay vì bay lơ lửng trong không khí.

Việt Nam chọn hướng đi vừa sức và tiềm năng

Trong khi nhiều quốc gia trong khu vực chỉ dừng lại ở khâu đóng gói và kiểm thử, Việt Nam đang thể hiện mục tiêu lớn và năng lực tiến sâu hơn vào hai đầu mút giá trị cao của chuỗi cung ứng: Thiết kế và chế tạo.

Viettel, với tư cách là tập đoàn công nghiệp - viễn thông quân đội, đóng vai trò tiên phong trong việc hiện thực hóa khát vọng tự chủ công nghệ lõi.

Một trong những thành tựu nổi bật nhất là việc Viettel làm chủ hoàn toàn thiết kế chip 5G DFE. Đây là thành phần phức tạp nhất trong hệ sinh thái thiết bị 5G, chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu số với tốc độ cực cao trước khi chuyển sang tín hiệu vô tuyến.

Chip 5G DFE của Viettel có khả năng thực hiện 1.000 nghìn tỷ phép tính mỗi giây (1.000 TOPS), tương đương với năng lực xử lý của các dòng chip từ các hãng hàng đầu thế giới.

Viettel đã hợp tác với Synopsys (Mỹ) để tối ưu hóa quy trình thiết kế trên các công cụ EDA tiên tiến, đồng thời làm việc với Qualcomm để tích hợp chip vào các trạm phát sóng Open RAN.

Chip này được sử dụng trong các trạm thu phát sóng gNodeB 5G do Viettel tự sản xuất. Việc làm chủ con chip này có ý nghĩa sống còn về an ninh quốc gia, giúp loại bỏ nguy cơ "cửa hậu" (backdoor) trong hạ tầng viễn thông, đảm bảo an toàn thông tin cho mạng lưới quân sự và chính phủ.

Tháng 3/2025 đánh dấu một cột mốc lịch sử khi Viettel được phê duyệt và khởi công xây dựng nhà máy chế tạo chip đầu tiên của Việt Nam tại Khu Công nghệ cao Hòa Lạc.

Nhà máy có diện tích 27 ha với tổng vốn đầu tư ước tính khoảng 500 triệu USD cho giai đoạn đầu. Mục tiêu là sản xuất chip ở tiến trình 32nm.

Tại sao lại là 32nm khi thế giới đang nói về 3nm? Đây được đánh giá là một lựa chọn phù hợp, vừa sức và tiềm năng lúc này. Chip 32nm tuy không phải là tiên tiến nhất cho smartphone, nhưng là "công nghệ vàng" cho các ứng dụng công nghiệp, viễn thông, IoT và đặc biệt là quân sự (radar, điều khiển tên lửa) – nơi độ bền, độ tin cậy và chi phí quan trọng hơn kích thước siêu nhỏ.

Việt Nam đang có lợi thế của "người đi sau". Thay vì phải duy trì các công nghệ cũ, Việt Nam có thể đầu tư ngay vào các xu hướng mới như thiết kế chip AI, chip 5G và đóng gói tiên tiến.

Trong khi người hàng xóm Malaysia đã có 50 năm kinh nghiệm nhưng chủ yếu vẫn là gia công đóng gói, Việt Nam đang thể hiện khát vọng lớn hơn khi các doanh nghiệp nội địa (Viettel, FPT) chủ động tham gia vào khâu thiết kế và sản xuất, tạo ra giá trị gia tăng cao hơn.

Để đạt được mục tiêu sản xuất chip bán dẫn không dễ dàng. Rào cản lớn nhất vẫn là nhân lực. Mục tiêu đào tạo 50.000 kỹ sư là một thách thức khổng lồ đối với hệ thống giáo dục đại học. Việc đào tạo kỹ sư thiết kế có thể thực hiện trên phần mềm, nhưng đào tạo kỹ sư quy trình cho nhà máy đòi hỏi phải được thực hành trên máy móc thật trị giá hàng trăm triệu USD – điều mà các trường đại học không thể tự trang bị. Mô hình hợp tác Viện - Trường - Doanh nghiệp (như Viettel hợp tác với Đại học Quốc gia) sẽ là chìa khóa để giải quyết vấn đề này.

Hiện tại, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu hầu hết nguyên vật liệu, hóa chất và thiết bị cho ngành bán dẫn. Để phát triển bền vững và tăng hàm lượng giá trị nội địa, Việt Nam sẽ cần xây dựng được hệ sinh thái các nhà cung cấp cấp 2, cấp 3 trong nước, giảm bớt sự phụ thuộc vào nhập khẩu từ Trung Quốc hay Nhật Bản.

Việc Việt Nam đang từng bước làm chủ công nghệ chip bán dẫn được sự dẫn dắt bởi một quyết tâm chính trị cao độ. Chiến lược Bán dẫn Quốc gia đến năm 2030, tầm nhìn 2050 và Luật Khoa học Công nghệ sửa đổi đang tạo ra hành lang pháp lý ưu đãi đặc biệt cho ngành.

Việt Nam không cần thiết phải đối đầu trực tiếp với các cường quốc ở các tiến trình tiên tiến nhất (như 2nm, 3nm) trong giai đoạn đầu. Thay vào đó, chiến lược "đứng trên vai người khổng lồ", tập trung vào các nút công nghệ trưởng thành (>28nm) phục vụ cho nhu cầu thiết yếu (IoT, viễn thông, ô tô) và mở rộng mạnh mẽ mảng thiết kế chip là con đường ngắn nhất và bền vững nhất để Việt Nam bay cao trong kỷ nguyên số.