Cỗ máy 400 triệu USD định hình tương lai ngành chip

Đằng sau cánh cửa được bảo vệ nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm rộng lớn ở Hà Lan, một cỗ máy khổng lồ đang âm thầm định hình lại tương lai của ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu. Đó là High NA, thế hệ thiết bị quang khắc EUV mới nhất do công ty ASML phát triển trong gần một thập kỷ. Với giá thành vượt ngưỡng 400 triệu USD, đây là máy sản xuất vi mạch tiên tiến và đắt đỏ nhất từng được chế tạo.

High NA là viết tắt của High Numerical Aperture (khẩu độ số cao). Cỗ máy này đánh dấu bước tiến mang tính cách mạng của công nghệ quang khắc EUV, vốn đã giúp ngành chip thu nhỏ các linh kiện điện tử xuống mức nano.

CNBC đã có cơ hội hiếm hoi tiếp cận phòng thí nghiệm của ASML tại Veldhoven vào tháng 4. Đây là lần đầu tiên High NA được ghi hình, ngay cả đội ngũ nội bộ của ASML trước đó cũng chưa từng được chiêm ngưỡng cỗ máy này.

Công nghệ của tương lai

Theo kỹ sư trưởng Assia Haddou, cỗ máy High NA có kích thước “lớn hơn cả một chiếc xe buýt 2 tầng”. Thiết bị bao gồm 4 mô-đun, được sản xuất tại các nhà máy ở Connecticut, California (Mỹ), Đức và Hà Lan. Sau khi lắp ráp và kiểm tra tại Hà Lan, máy lại được tháo rời để vận chuyển đến khách hàng.

Quá trình vận chuyển này đòi hỏi ít nhất 7 máy bay Boeing 747 hoặc 25 xe tải. Chiếc máy đầu tiên được lắp đặt thương mại tại nhà máy Intel ở Oregon, Mỹ vào năm 2024.

Cỗ máy High NA có kích thước khổng lồ. Ảnh: CNBC.

ASML là công ty duy nhất trên thế giới có khả năng chế tạo thiết bị quang khắc EUV. Công nghệ này cho phép chiếu các mẫu thiết kế chip cực nhỏ lên tấm silicon, một quy trình then chốt để sản xuất các con chip tiên tiến. Những công ty hàng đầu như Apple, Nvidia, AMD cũng như các nhà sản xuất chip lớn như TSMC, Samsung, Intel đều phụ thuộc vào ASML để tạo ra sản phẩm của mình.

Ngoài ra, công ty có trụ sở tại Hà Lan khẳng định tất cả khách hàng hiện tại của họ sẽ dần chuyển sang sử dụng High NA, bao gồm cả Micron, SK Hynix và Rap.

Không chỉ mang lại mức độ tinh xảo cao hơn, High NA còn giúp tăng hiệu suất và giảm chi phí sản xuất chip. Intel cho biết họ đã sử dụng thiết bị này để sản xuất khoảng 30.000 tấm wafer, đồng thời ghi nhận độ tin cậy của máy cao gấp đôi thế hệ EUV trước. Samsung tuyên bố thiết bị này giúp họ giảm 60% thời gian chu kỳ sản xuất. Theo chuyên gia Daniel Newman của The Futurum Group, ASML đã chiếm lĩnh hoàn toàn thị trường sản xuất máy quang khắc chip.

“Luật Moore nói rằng chúng ta cần tiếp tục giảm chi phí. Có một niềm tin rằng nếu bạn giảm chi phí, bạn sẽ tạo ra nhiều cơ hội hơn, vì vậy chúng ta cần phải trở thành một phần của trò chơi này”, ông Christophe Fouquet, CEO ASML giải thích.

Khoản đầu tư rủi ro

High NA vẫn sử dụng tia EUV giống như các thế hệ trước, nhưng điểm khác biệt chính là khẩu độ ống kính lớn hơn. Điều này cho phép thiết bị thu được nhiều ánh sáng hơn từ các góc dốc, nhờ đó có thể khắc các mẫu thiết kế nhỏ hơn lên wafer trong ít bước hơn. Theo Jos Benschop, Phó Chủ tịch điều hành công nghệ của ASML, điều này mang lại 2 lợi ích quan trọng, bao gồm thu nhỏ kích thước và nâng cao năng suất.

“NA cao sẽ mang lại 2 điều. Đầu tiên và quan trọng nhất là thu nhỏ. Thứ hai, bằng cách tránh tạo nhiều mẫu, bạn có thể tạo ra chúng nhanh hơn và có thể tạo ra chúng với năng suất cao hơn", ông Jos Benschop nói.

Benschop, người gia nhập ASML từ năm 1997, từng đóng vai trò chủ chốt trong quyết định đầu tư vào công nghệ EUV, một quyết định mà nhiều người khi đó cho là liều lĩnh.

Jos Benschop (phải) chia sẻ về tầm nhìn của ASML. Ảnh: CNBC.

“Chúng tôi hầu như không làm được. Tôi nghĩ đôi khi mọi người quên mất điều đó. Đó là một khoản đầu tư rất rủi ro vì khi chúng tôi bắt đầu, không có gì đảm bảo công nghệ sẽ hoạt động”, CEO Fouquet chia sẻ thêm.

Vào năm 2018, ASML đã chứng minh được tính khả thi của EUV và mở đường cho các đơn đặt hàng quy mô lớn. Công nghệ này hoạt động bằng cách bắn 50.000 giọt thiếc mỗi giây bằng tia laser cực mạnh, tạo ra plasma phát tia EUV với bước sóng chỉ 13,5 nanomet.

Để vận hành hệ thống, toàn bộ quá trình phải diễn ra trong môi trường chân không vì EUV bị hấp thụ bởi tất cả vật chất. Ngoài ra, các tấm gương đặc biệt được sản xuất bởi công ty Zeiss của Đức đóng vai trò quan trọng trong việc điều hướng ánh sáng.

Ảnh hưởng địa chính trị

Mặc dù nổi tiếng với công nghệ EUV, phần lớn doanh thu của ASML vẫn đến từ các máy DUV thế hệ trước. Trong năm 2024, công ty đã bán 44 máy EUV và 374 máy DUV. Trung Quốc là khách hàng lớn nhất với dòng máy này, chiếm 49% doanh thu Quý II/2024.

Tuy nhiên, do lệnh cấm xuất khẩu của Mỹ, ASML không thể tiếp tục bán EUV cho Trung Quốc. Ông Fouquet nhận định rằng hoạt động tại Trung Quốc sẽ trở lại mức “bình thường như trước kia”, đóng góp 20–25% vào doanh thu của nhà sản xuất này vào năm 2025.

ASML hiện có hơn 44.000 nhân viên toàn cầu, trong đó 8.500 người làm việc tại Mỹ. Công ty đang xây dựng một trung tâm đào tạo mới tại Arizona với mục tiêu đào tạo 1.200 kỹ sư mỗi năm về công nghệ EUV và DUV.

Trung Quốc là một trong những khách hàng lớn nhất của ASML. Ảnh: Bloomberg.

Song song, các lô hàng High NA mới đang được chuyển đến Intel, đối tác được ông Fouquet gọi là “rất quan trọng” đối với sự độc lập công nghệ của Mỹ, trong bối cảnh nước này đẩy mạnh chiến lược tự chủ bán dẫn.

Không dừng lại, ASML đã bắt đầu nghiên cứu thế hệ tiếp theo có tên Hyper NA. Theo ông Fouquet, nhà sản xuất máy khắc này đã có một số bản thiết kế quang học sơ bộ và nó không phải dự án bất khả thi. Công ty kỳ vọng nhu cầu về Hyper NA sẽ tăng mạnh vào khoảng năm 2032-2035.

Trong cuộc đua thu nhỏ chip và nâng cao hiệu suất toàn cầu, công nghệ của ASML đang đóng vai trò trung tâm, không chỉ về mặt kỹ thuật mà còn về mặt chiến lược địa chính trị. Với High NA và những thế hệ kế tiếp, nhà sản xuất của Hà Lan đang vẽ lại giới hạn của ngành công nghiệp vi mạch, một bước tiến sẽ định hình thế giới số trong nhiều thập kỷ tới.