Chỉ những gã khổng lồ mới có thể sống sót

Hiện nay, hơn 1 nghìn tỷ con chip bán dẫn được xuất xưởng trên toàn thế giới mỗi năm.
Nếu chia cho 8 tỷ dân số toàn cầu, trung bình mỗi người “sử dụng” khoảng 140 con chip mỗi năm. Một chiếc ô tô chạy xăng thông thường chứa vài trăm con chip, còn xe điện (EV) có thể cần đến vài nghìn chip để vận hành.

Thị trường bán dẫn toàn cầu đạt 520 tỷ USD (tương đương 78 nghìn tỷ yên, tính theo tỷ giá 1 USD = 150 yên) vào năm 2023, và dự kiến sẽ sớm cán mốc 1 nghìn tỷ USD (150 nghìn tỷ yên) trong tương lai gần. Điều đáng chú ý là, chỉ khoảng 3 công ty gần như kiểm soát toàn bộ khâu sản xuất — một mức độ tập trung quyền lực hiếm thấy trong bất kỳ ngành công nghiệp nào khác. Hồi đầu những năm 2000, chỉ cần 100 tỷ yên là đã có thể xây dựng một nhà máy sản xuất chip. So với thời điểm đó có lẽ sẽ không it người ngạc nhiên thốt lên: “Xây một nhà máy mà tốn đến 100 tỷ yên cơ à!”.

Nhưng giờ thì câu chuyện đã hoàn toàn khác. Để xây dựng một nhà máy sản xuất chip tiên tiến nhất thế giới, chi phí đầu tư thiết bị vượt quá 2 nghìn tỷ yên. Ví dụ, nhà máy của TSMC tại Arizona (Mỹ) tiêu tốn khoảng 40 tỷ USD (6 nghìn tỷ yên) — và đó mới chỉ là chi phí cho nhà máy sản xuất, chưa tính các khoản khác.

Bốn giai đoạn của quy trình sản xuất chip

Quy trình sản xuất bán dẫn được chia thành 4 giai đoạn chính:

【Giai đoạn tiền chế tạo】

1. Thiết kế mạch và chế tạo mặt nạ
   (bao gồm thiết kế sơ đồ mạch, tạo mặt nạ quang học “photomask”, v.v.)

2. Chế tạo tấm wafer
   (cắt thỏi silicon – ingot, đánh bóng tấm wafer, v.v.)

3. Các công đoạn tiền chế khác
   (lắng màng, quang khắc – lithography, khuếch tán hoặc cấy tạp chất, khắc axit – etching, rửa sạch, tạo điện cực kim loại, v.v.)

【Giai đoạn hậu chế tạo】

4. Hậu công đoạn
   (cắt chip, gắn – kết nối, đóng gói – packaging, kiểm tra cuối cùng, v.v.)

Tổng hợp chi phí cho các hạng mục như nhà xưởng, thiết bị, phần mềm điều khiển, chính là chi phí xây dựng một nhà máy sản xuất bán dẫn hoàn chỉnh. Tuy nhiên, trước cả quy trình sản xuất, còn có giai đoạn nghiên cứu & phát triển (R&D) — nơi các công ty nghiên cứu cấu trúc thiết bị mới và phát triển công nghệ sản xuất tiên tiến. Chi phí cho phần này ngày càng tăng mạnh theo từng năm.

Nói cách khác, chỉ những doanh nghiệp có quy mô đủ lớn để chịu được khối đầu tư khổng lồ mới có thể tiếp tục bước vào cuộc đua thu nhỏ chip. Ngành công nghiệp này giờ đã trở thành một chiến trường mà chỉ “những gã khổng lồ” mới có thể tồn tại.

Ngay cả trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn và thiết bị sản xuất bán dẫn, xu hướng mở rộng quy mô và tập trung hóa (độc quyền nhóm) cũng đang trở nên rõ rệt.

Một ví dụ điển hình là ASML – hãng sản xuất thiết bị quang khắc của Hà Lan.
ASML hiện đang nắm giữ thị phần gần như độc quyền trong dòng máy quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet – tia cực tím cực hạn), một thiết bị không thể thiếu trong quy trình sản xuất bán dẫn tiên tiến (Biểu đồ 1-8). Bên cạnh đó, chỉ có một vài công ty trên thế giới có khả năng cung cấp vật liệu quang khắc (photoresist) dành cho công nghệ EUV. Ngay cả trong ngành vật liệu bán dẫn, nơi JSR – đang hoạt động, sự tập trung hóa và độc quyền nhóm cũng đang tiến triển nhanh chóng.