Phát triển công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc - Con đường gập ghềnh

Trung Quốc phải đối mặt với những thách thức gay gắt trong phát triển công nghiệp sản xuất chip bán dẫn để đạt mục tiêu trở thành nước dẫn đầu thế giới
14:54 PM 07/04/2021 In bài viết này

Công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc

Mỗi năm, Trung Quốc nhập khẩu hơn 300 tỷ USD chất bán dẫn, và các công ty bán dẫn lớn của Mỹ thu về ít nhất 25% doanh số bán hàng từ thị trường Trung Quốc. Sự phụ thuộc lẫn nhau này đã mang lại lợi ích cho các lĩnh vực công nghệ của cả hai nước. Mọi công ty công nghệ lớn của Trung Quốc đều từng dựa vào chip của Mỹ. Các công ty bán dẫn của Mỹ và Trung Quốc đang cùng nhau nghiên cứu về hàng trăm, hàng nghìn mẫu thiết kế sản phẩm và cùng nỗ lực phát triển công nghệ. Tuy nhiên, những sự hợp tác này đã không ngăn cản được căng thẳng Mỹ - Trung. Trong thế giới hậu COVID, hậu Trump, nhiều người Mỹ muốn nền kinh tế Mỹ ít phụ thuộc vào Trung Quốc trong khi đó Bắc Kinh đang theo đuổi mục tiêu "độc lập về công nghệ".

Phát triển công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc - Con đường gập ghềnh  - Ảnh 1.

Sự phức tạp, tinh vi trong sản xuất chất bán dẫn khiến nó trở thành một ngành công nghiệp độc đáo. Chuỗi sản xuất cho bất kỳ chất bán dẫn nhất định nào đều cực kỳ phức tạp và phụ thuộc vào nhau, như thiết bị đặc chủng, hóa chất hàng hóa, hóa chất đặc biệt... Những công cụ và vật liệu đó có nguồn gốc từ khắp nơi trên thế giới, dựa vào hàng ngàn công ty khác nhau cung cấp mô-đun, laser, cơ điện tử, chip điều khiển, quang học... Sự phức tạp này dẫn đến một thị trường rộng lớn chứa đầy vô số ngóc ngách, trong đó các công ty đẳng cấp thế giới đã giành được các thị trường lớn, trải qua nhiều thập niên nghiên cứu và phát triển (R&D) có mục tiêu. Hiếm khi thấy những người mới tham gia vào ngành sản xuất này lại chiếm vị trí hàng đầu, thị phần của những công ty khởi nghiệp ở Trung Quốc trong mảng GPU về cơ bản là 0 - TSMC Đài Loan đã không từ bỏ vị trí dẫn đầu trong lịch sử 33 năm của mình. Thật vậy, Tập đoàn SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation) của Trung Quốc trong phân khúc này, vẫn đi sau TSMC bốn hoặc năm năm về công nghệ, mặc dù đã đầu tư gần hai thập niên.

Trung Quốc phải đối mặt với những thách thức gay gắt trong phát triển công nghiệp sản xuất chip bán dẫn để đạt mục tiêu trở thành nước dẫn đầu thế giới. Trong hai thập niên qua, Trung Quốc đã vươn lên trong ngành công nghiệp bán dẫn về lĩnh vực lắp ráp, thử nghiệm và đóng gói thiết bị điện tử, nhưng hiện nước này vẫn tụt hậu về thiết kế và sản xuất các chip bán dẫn vốn đòi hỏi rất nhiều công nghệ tinh vi. Ở cấp độ quốc gia, doanh thu toàn cầu hàng năm 400 tỷ USD do ngành công nghiệp tạo ra là một nguồn sức mạnh kinh tế, nhưng nó cũng đòi hỏi sự đổi mới và tiến bộ trong các lĩnh vực khác như viễn thông, máy tính và ô tô...

Trung Quốc nỗ lực xây dựng năng lực bán dẫn trong nước, đáng chú ý nhất là thông qua chính sách "Sản xuất tại Trung Quốc 2025" cùng với các mục tiêu cụ thể hơn, như "Hướng dẫn thúc đẩy Kế hoạch mạch tích hợp quốc gia", các mục tiêu rộng lớn đối với lĩnh vực bán dẫn bao gồm: sản xuất 70% nhu cầu nội địa ở Trung Quốc vào năm 2025 và đạt mức ngang bằng với công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới trong tất cả các phân khúc của ngành sản xuất bán dẫn vào năm 2030. Biết rằng Trung Quốc chỉ sản xuất đạt 16% chất bán dẫn để sử dụng trong nước vào năm 2019 với nỗ lực ngày càng tăng để giảm sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài. Việc tăng cường đầu tư kết hợp với hành vi trộm cắp tài sản trí tuệ liên tục của Trung Quốc đã làm toàn cầu lo ngại về việc Trung Quốc có thể đạt được vị thế ngang bằng với thiết kế và sản xuất tiên tiến hàng đầu trong lĩnh vực công nghệ quan trọng về địa chiến lược này. 

Năm 2014, Kế hoạch mạch tích hợp quốc gia đã kêu gọi đầu tư khoảng 150 tỷ USD vào ngành công nghiệp bán dẫn, thông qua các khoản đầu tư từ chính quyền trung ương và địa phương. Mức đầu tư đó tương đương với tổng thị trường chất bán dẫn hàng năm của Trung Quốc và gấp đôi số tiền mà ngành bán dẫn toàn cầu nói chung chi hàng năm cho R&D. Trung Quốc có vẻ đạt được mức đầu tư 150 tỷ USD vào năm 2020 và hầu hết khoản đầu tư này đã diễn ra tốt đẹp, trước khi Mỹ bắt đầu gây áp lực lên các nhà cung cấp toàn cầu để cắt đứt sự tiếp cận của Trung Quốc với các chất bán dẫn tiên tiến.

Điều gì đang kìm hãm sự phát triển công nghiệp sản xuất chất bán dẫn của Trung Quốc?

Sự chậm trễ về công nghệ: hiện Đài Loan, Hàn Quốc và Mỹ là nơi có các cơ sở sản xuất chất bán dẫn hàng đầu thế giới, với các công ty từ Nhật Bản và Mỹ cung cấp phần lớn các thiết bị chuyên dụng. Tập đoàn sản xuất chất bán dẫn TSMC Đài Loan là nhà sản xuất hợp đồng tiên tiến lớn nhất thế giới. Sản xuất của TSMC phần lớn được duy trì bằng cách cung cấp chip tùy chỉnh được thiết kế bởi Apple và Huawei. Tập đoàn SMIC, xưởng chế tạo chip bán dẫn hiện đại nhất của Trung Quốc, chỉ mới bắt đầu sản xuất chip kích thước 14 nanomet (nm) vào cuối năm 2019, đứng sau các xưởng sản xuất chip tiên tiến do TSMC, Samsung và Intel điều hành. 

TSMC đã sản xuất khối lượng lớn chip kích thước 7 nm kể từ năm 2018 và kích thước 5 nm vào cuối năm 2020. TSMC cũng có kế hoạch sản xuất chip kích thước 3 nm vào cuối năm 2022, xây dựng một trung tâm nghiên cứu Tân Trúc cho sản xuất chip kích thước 2 nm. Khoản đầu tư lớn mà Trung Quốc đang thực hiện để xây dựng hàng chục xưởng chủ yếu chế tạo chip ở các kích thước cũ hơn, có lợi nhuận thấp. Hạn chế đối với thiết bị sản xuất chính: một thách thức khác mà Trung Quốc phải đối mặt là sự phụ thuộc vào công nghệ quan trọng của nước ngoài để sản xuất chất bán dẫn. Máy quét tia cực tím EUV cho phép thu nhỏ thiết bị tích hợp tạo mẫu mạch do công ty ASML Hà Lan sản xuất. Thiết bị này chưa bao giờ giao cho bất kỳ xưởng  chế tạo nào ở Trung Quốc. Sau sự khuyến khích tích cực từ Mỹ, vào cuối năm 2019, chính phủ Hà Lan đã không gia hạn giấy phép xuất khẩu máy quét EUV sang SMIC. ASML và các đối tác đã đầu tư hàng tỷ USD trong hơn 30 năm để thực hiện nhiều cải tiến máy quét EUV.

Phát triển công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc - Con đường gập ghềnh  - Ảnh 2.

Có một phương pháp chế tạo thay thế là sử dụng nhiều lần lặp lại mẫu phủ bằng công nghệ máy quét tia cực tím sâu DUV cũ hơn, là thiết bị đã được xuất khẩu sang Trung Quốc, để sản xuất chip ở các kích thước 10 nm trở xuống, thậm chí có thể xuống đến kích thước 3 nm, mà không cần máy quét EUV. Tuy nhiên, việc tạo mẫu thêm có thể sẽ dẫn đến việc sản xuất của họ đắt hơn và năng suất thấp hơn, so với các xưởng chế tạo chip ở Đài Loan, Hàn Quốc và Mỹ sử dụng máy quét EUV.

Trung Quốc chuyển Hợp đồng sản xuất linh kiện bán dẫn sang các nước khác: sau khi bị đưa vào Danh sách thực thể của Mỹ vào tháng 5 - 2019, Huawei đã chuyển sang các công ty cung cấp chip Đài Loan, Nhật Bản và Hà Lan để thay thế các nhà cung cấp Mỹ. Việc gia hạn các hạn chế của Mỹ vào tháng 5-2020 dẫn đến việc Huawei cũng bị cắt khỏi việc thiết kế chip của riêng mình được sản xuất tại Đài Loan. Vào tháng 8-2020, Washington đã thực hiện các bước tiếp theo để ngăn Huawei chuyển sang các công ty cung cấp nước ngoài, hạn chế hơn nữa việc Huawei có chip được sản xuất tại nước ngoài bằng phần mềm hoặc bằng công nghệ của Mỹ. TSMC ngừng sản xuất theo các thiết kế của Huawei vào tháng 9-2020 để tuân thủ việc gia hạn các hạn chế của Mỹ. Để khuyến khích TSMC tuân theo các hạn chế của Mỹ đối với Trung Quốc, TSMC nhận được 60% doanh thu từ Mỹ và chỉ nhận 20% doanh thu từ Trung Quốc. Tuyển dụng nhân tài nước ngoài: các công ty Trung Quốc cần nguồn nhân lực cạnh tranh toàn cầu về sản xuất bán dẫn để nâng cấp khả năng sản xuất của họ từ chip kích thước 14 nm lên các chip có kích thước nhỏ hơn. Các công ty này đã tích cực thu hút nhân tài từ Đài Loan với mức lương cao gấp 2 đến 2,5 lần mức lương, thưởng trung bình

Để đối phó với việc mất quyền tiếp cận với TSMC, Huawei đã tăng cường sản xuất chip tại SMIC. Tuy nhiên, SMIC không phải là sự thay thế cho TSMC. Huawei đã tìm hiểu việc gửi thiết kế cho Samsung hoặc sử dụng thiết kế từ MediaTek Đài Loan, nhưng bản sửa đổi tháng 8-2020 của quy tắc sản phẩm trực tiếp nước ngoài của Mỹ đã ngăn cản điều này trong tương lai. Do đó, Huawei đã công khai tuyên bố rằng lô hàng điện thoại thông minh 5G của họ vào cuối năm 2020 là lô hàng cuối cùng sử dụng vi xử lý Kirin mới.

ở Đài Loan. Các địa điểm như Thung lũng Silicon ở Mỹ và Tân Trúc ở Đài Loan là những địa điểm được xác định là ưu tiên chính cho việc săn trộm nhân tài và đây cũng là những địa điểm nhằm trộm cắp tài sản trí tuệ. Trong năm qua, hơn 100 kỹ sư và quản lý giàu kinh nghiệm từ TSMC đã chuyển đến Trung Quốc. Ước tính hơn 3.000 kỹ sư đã chuyển từ Đài Loan sang các công ty đại lục.

Chiến lược phát triển công nghiệp bán dẫn Trung Quốc

Hầu hết các phân khúc của ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc vẫn đứng sau các đối thủ nước ngoài và nỗ lực bắt kịp của họ gặp phải những trở ngại lớn về kinh tế. Trong hơn 40 năm qua Trung Quốc đã đầu tư hàng chục tỷ USD xây dựng ngành công nghiệp bán dẫn trong

nước để cạnh tranh với các công ty phương Tây. Tuy vậy, các công ty bán dẫn Trung Quốc chỉ chiếm một phần nhỏ thị trường toàn cầu. Theo dữ liệu từ

Hãng nghiên cứu thị trường IHS iSuppli, Trung Quốc chỉ nắm giữ thị phần toàn cầu ở các cấp độ dưới đây:

Trong "Chính sách sản xuất tại Trung Quốc vào năm 2015", Trung Quốc đã có chính sách về công nghệ cốt lõi cho chất bán dẫn. Chính sách quốc gia về chất bán dẫn này có hai đổi mới lớn so với trước đây: thứ nhất là mua lại công nghệ từ nước ngoài thông qua Công ty sáp nhập và mua lại M&A (Mergers và Acquisitions); thứ hai là mang lại "tiền thông minh" như quỹ cổ phần tư nhân, với các khoản trợ cấp lớn cho sản xuất và R&D được giao cho các công ty bán dẫn trong nước được chỉ định. Nhưng với hơn 50.000 công ty Trung Quốc được đăng ký là "công ty bán dẫn", khoản đầu tư đó có nguy cơ bị phân tán. Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Trung Quốc ước tính sẽ cần thu hẹp khoảng cách nhân tài với khoảng 300.000 kỹ sư. Thị phần của các công ty Trung Quốc trong lĩnh vực thiết kế hoàn hảo cũng tăng gần gấp đôi, chủ yếu thông qua HiSilicon, chi nhánh bán dẫn của Huawei. Tại các thị trường tương tự với rào cản công nghệ thấp hơn, chẳng hạn như các công cụ MOCVD (Metal Oxide Chemical Vapor Deposition) được sử dụng để sản xuất đèn LED, các công ty Trung Quốc đã phát triển thiết bị sản xuất cạnh tranh. Ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc chắc chắn sẽ trở nên cạnh tranh hơn trong mười năm tới.

Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 với một chiến lược quốc gia "độc lập công nghệ", mặc dù độc lập nghĩa là gì không được xác định rõ ràng, về lâu dài, nó cũng khó có thể đạt được kết qủa như mong muốn, vì các công ty Trung Quốc tạo ra ít hơn 15% năng lực R&D tổng thể của ngành bán dẫn thế giới và để lại ít lợi nhuận hơn để tái đầu tư vào R&D.

Từ năm 2016 chính phủ Mỹ đã bổ sung vào danh sách thực thể gồm các công ty tiêu dùng về chất bán dẫn của Trung Quốc như DJI, ZTE và Hikvision và các công ty sản xuất chất bán dẫn như Huawei và SMIC.

Các công ty trong danh sách thường không nhận được bất kỳ mặt hàng nào nếu không có giấy phép do Cục Công nghiệp và An ninh Mỹ cung cấp. Chính phủ Mỹ cũng đã tăng cường giám sát các hoạt động mua lại hoặc đầu tư vào các công nghệ bán dẫn và hạn chế sự tham gia nghiên cứu và phát triển chung về học thuật giữa các công ty, phòng thí nghiệm và tổ chức giáo dục của Mỹ và Trung Quốc. Những động thái này của Mỹ đã khiến nhiệm vụ xây dựng một ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc cạnh tranh vốn đã khó khăn lại càng trở nên khó khăn hơn.

Các công ty mới khởi nghiệp cho đến các công ty đã thành danh đang âm thầm theo đuổi chiến lược "tập trung hóa" chuỗi cung ứng. Họ đang tận dụng thời điểm hiện tại để tập trung vào thay thế nhập khẩu và tìm cách loại bỏ các công ty cung cấp Mỹ khỏi danh sách mua sắm được phê duyệt.

Có một kết quả không thể tranh cãi là hiện nay Mỹ và các công ty của họ đang mất dần ảnh hưởng và thị phần trong lĩnh vực công nghệ tư nhân của Trung Quốc.

Chính sách của Tổng thống Biden đối với Trung Quốc

Ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu và Trung Quốc phát triển như thế nào, không chỉ phụ thuộc phần lớn vào các chiến lược và việc thực thi kỹ thuật của các công ty Trung Quốc, mà còn phụ thuộc vào các chính sách của chính quyền Tổng thống Biden.

 - Mỹ sẽ cấp tiền cho các công ty Mỹ từ bỏ Huawei: Quốc hội Mỹ thông qua một dự luật hỗ trợ 1 tỉ USD cho các nhà cung cấp viễn thông vừa và nhỏ ở Mỹ, gỡ bỏ các thiết bị của Huawei ra khỏi mạng lưới viễn thông 5G.

Chính quyền Biden cần cân nhắc những lợi ích mang lại từ các công ty bán dẫn của Mỹ đang cạnh tranh với Trung Quốc trước nguy cơ công nghệ có nguồn gốc Mỹ được sử dụng để gây nguy hiểm cho an ninh quốc gia; cân bằng lợi ích chống lại các nguy cơ gián điệp công nghiệp và vi phạm quyền sở hữu trí tuệ, của việc có các học giả Trung Quốc theo học tại các trường kỹ thuật và cộng tác với các phòng thí nghiệm hàng đầu của Mỹ.

- Chính quyền Biden xây dựng đội ngũ cứng rắn với Trung Quốc: chính quyền mới sẽ không quay lại kỷnguyên nồng ấm trước đây trong quan hệ Mỹ - Trung, các nhân sự mới có bề dày kinh nghiệm sẽ giúp chính quyền Biden xây dựng chính sách đối ngoại cứng rắn đối với Trung Quốc. Nhóm chính sách có cùng quan điểm về việc phối hợp với các đồng minh trước khi đối đầu với Trung Quốc và kêu gọi xây dựng chương trình cho vay quốc gia, từ đó hình thành một liên minh các cơ quan tín dụng sẵn sàng hỗ trợ cho các công ty cung cấp từ các quốc gia đối tác. Nhóm chính sách cũng kêu gọi thành lập một "liên minh quốc tế" với Nhật Bản và Hà Lan để chế tạo chất bán dẫn và đa dạng hóa chuỗi cung ứng. Ngoại trưởng Blinken từng gọi Trung Quốc là thách thức lớn nhất mà Mỹ phải đối mặt. Ông cho rằng cạnh tranh về công nghệ, bao gồm các vấn đề về chuỗi cung ứng vi mạch, trí tuệ nhân tạo và hệ thống mạng 5G, sẽ trở thành trung tâm trong chính sách cứng rắn đối với Trung Quốc.  

 - Chính sách của Biden về Trung Quốc là cân bằng giữa cam kết với răn đe: chính quyền Biden khẳng định sẽ khôi phục vai trò lãnh đạo toàn cầu của Mỹ và cam kết đối với một trật tự quốc tế tự do. Biden lập luận, Mỹ cần phải cứng rắn với Trung Quốc về một loạt các vấn đề, bao gồm các  hành vi thương mại chống cạnh tranh, vốn đang ăn cắp công nghệ và tài sản trí tuệ của Mỹ.

Ngày nay, công nghệ kết nối thế giới với nhau. Để đạt được hiệu quả trong việc Mỹ dẫn dắt thế giới trong thế kỷ 21, Biden biết rằng sự thống trị trong các mạng lưới công nghệ là chìa khóa thành công. Nếu cứng rắn với Trung Quốc, Biden sẽ phải tăng gấp đôi cuộc chiến công nghệ Mỹ - Trung, như đã từng chứng kiến Huawei bị tê liệt, các xưởng sản xuất bán dẫn của Trung Quốc chịu áp lực nghiêm trọng và TikTok trên bờ vực thoái vốn.

Cuộc chiến thương mại Mỹ - Trung của Trump đã thành công trong việc giảm nhập khẩu của Mỹ từ Trung Quốc và chuỗi cung ứng hàng hóa sang Mỹ được chuyển từ các nước khác như Đài Loan và Việt Nam.

Kết luận

Trung Quốc hiện đang ở xa mục tiêu tự cung tự cấp và tham vọng dẫn đầu toàn cầu trong công nghiệp sản xuất bán dẫn. Trong ngắn hạn, Trung Quốc khó có khả năng sánh ngang với các nước đang giữ vị trí hàng đầu sản xuất bán dẫn và chịu áp lực gia tăng của các chính phủ đang thắt chặt hạn chế xuất khẩu đối với các công nghệ chủ chốt, làm giảm tốc độ phát triển công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc. Mặc dù các nút thắt về công nghiệp bán dẫn vẫn tồn tại, nhưng sự phức tạp trong ngành sản xuất bán dẫn cũng có nghĩa là có nhiều phương pháp thích ứng xuyên biên giới để khắc phục những nút thắt đó. Cách tiếp cận tốt nhất để đối phó với cạnh tranh chiến lược là dựa vào hành động tập thể và phối hợp giữa các đồng minh, các đối tác cùng chí hướng để đáp ứng mối quan tâm chung về kinh tế và an ninh do Trung Quốc gây ra.

Các công ty Trung Quốc năng động và đổi mới ngày càng quyết tâm xây dựng một hệ sinh thái bán dẫn tập trung vào Trung Quốc. Hệ quả của thay đổi tư duy này sẽ còn vang xa hơn nhiều so với bất kỳ lợi ích ngắn hạn nào thu được từ việc sử dụng quyền tiếp cận sản xuất bán dẫn như một đòn bẩy đàm phán về quan hệ Mỹ-Trung ngày càng căng thẳng.

Trung Quốc tiếp tục theo đuổi nhiều con đường để thực hiện các kế hoạch phát triển sản xuất trong nước, các chương trình thu hút nhân tài nước ngoài, liên doanh, đánh cắp tài sản trí tuệ và các phương pháp tiếp cận khác trong thế giới phẳng hiện nay.

Tài liệu tham khảo:

1. China's electronics industry relies on U.S., Taiwanese, South Korean, and Japanese suppliers for many key components.

2. Beijing's semiconductor strategy.

3. Biden's China policy: balancing engagement with deterrence.

(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT Số 3 tháng 3/2021)

ĐỖ KIM BẰNG
Xem thêm