Đặt một ván cược lớn, đây là cách Huawei tìm ra khe hở vượt bức tường cách ly và bằng mọi giá mở đường cho “giấc mơ Mỹ”

Vào cuối năm 2020, Huawei phải đấu tranh để tồn tại trên thị trường smartphone. Vài tháng trước đó, Mỹ đã giáng đòn trừng phạt làm tê liệt công ty Trung Quốc, gần như cắt đứt Huawei khỏi chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu. Trang Financial Times vừa qua đã có cuộc phỏng vấn với các nguồn tin đáng giá, thân thuộc với vấn đề này, mở ra nhiều bí mật về những cách mà Huawei đã thực hiện để tiếp tục phát triển trong tình hình khó khăn.

Các biện pháp trừng phạt đã ngăn cản bất kỳ công ty nào sản xuất chip do Huawei thiết kế nếu không có giấy phép đặc biệt và Huawei cũng gặp khó khăn trong việc mua chip mới để ra mắt các smartphone tiên tiến hơn.

Đáp lại, Huawei quyết định đặt cược hoạt động kinh doanh chip và di động trị giá 67 tỷ USD của mình vào một thỏa thuận khó khăn với tập đoàn Semiconductor Manufacturing International Corporation, một tập đoàn được Trung Quốc hậu thuẫn với tham vọng bắt kịp các nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới.

SMIC cho biết rằng họ đã tìm ra cách sản xuất những con chip tiên tiến hơn nhưng vẫn chỉ sử dụng những dây chuyền cũ. Quá trình này sẽ mất nhiều thời gian hơn so với nhà cung cấp trước đây của Huawei, TSMC, chi phí sẽ cao hơn và thậm chí vẫn có khả năng nó không hoạt động như mong đợi. Nhưng đó vẫn là một cơ hội khó bỏ qua. Huawei đã liên hệ với SMIC để tạo ra một SoC (hệ thống trên chip) mới cho smartphone, có tên mã là “Charlotte”.

Mọi chuyện càng bất lợi hơn đối với hai công ty. Vào tháng 12 năm 2020, SMIC cùng Huawei nằm trong danh sách trừng phạt của Mỹ - nghĩa là bất kỳ công ty nào muốn bán công nghệ cho SMIC đều phải có sự cho phép của chính quyền Mỹ. Để phát triển Charlotte, SMIC sẽ phải vật lộn với một quy trình tiên tiến mà họ chưa quen thuộc cũng như những hạn chế mới trong việc mua và quản lý các thiết bị phức tạp.

Tuy nhiên, gần ba năm sau, vào tháng 8 năm 2023, một thiết bị mới của Huawei đã ra mắt công chúng: dòng Mate 60, được cung cấp sức mạnh bởi Charlotte — lúc này được đặt tên chính thức là Kirin 9000s.

Bất chấp những trở ngại, theo kết quả từ nhiều bài thử nghiệm khác nhau, Kirin 9000s vẫn mang lại hiệu năng tương đương với các chip 1 hoặc 2 năm tuổi của Qualcomm.

Mate 60 đã được bán tại Trung Quốc và sự trở lại của chip Huawei sau nhiều năm chịu lệnh trừng phạt đã được những người theo chủ nghĩa dân tộc và fan của hãng hoan nghênh nhiệt liệt.

Ngược lại với bầu không khí vui mừng đó, tại Mỹ, các quan chức đang hoang mang về cách Huawei vượt qua các lệnh trừng phạt để sản xuất chip. Jake Sullivan, cố vấn an ninh quốc gia Mỹ, cho rằng Mỹ cần có thêm “thông tin” về Kirin 9000s.

“Nhiều lãnh đạo chính phủ Mỹ rõ ràng đã rất bất ngờ” , Gregory Allen, giám đốc Trung tâm AI và Công nghệ tiên tiến Wadhwani, viết trong một báo cáo chuyên sâu về điện thoại mới của Huawei.

Cả Huawei và SMIC đều không đưa ra bất kỳ thông tin nào về cách họ đạt được thành tích này. Nhưng các cuộc phỏng vấn với hàng chục người trong ngành và các chuyên gia đã mang đến cái nhìn sâu sắc nhất về cách các công ty đã dồn nguồn lực khổng lồ vào dự án, với sự hỗ trợ của Trung Quốc, để duy trì thị phần và giờ đây đã mở ra cơ hội cho những tiến bộ trong công sản xuất chip AI tiên tiến.

Liệu họ có thể duy trì đà tăng này hay không sẽ quyết định liệu Trung Quốc có thể duy trì ngành công nghiệp bán dẫn của mình và đạt được vị thế thống trị về công nghệ toàn cầu trong bối cảnh những thách thức địa chính trị đang diễn ra hay không. Liệu Kirin 9000s có phải là bằng chứng cho thấy họ vẫn có thể cạnh tranh với các đối thủ bất chấp lệnh trừng phạt?

Hầu hết các nguồn nói chuyện với Financial Times đều yêu cầu giấu tên do tính nhạy cảm của ngành bán dẫn.

Sử dụng trang thiết bị kém hiệu quả hơn

Một trong những tiêu chuẩn được công nhận rộng rãi nhất trong chế tạo chip là 7 nanomet. Chip A12 trong iPhone XS của Apple và Dojo D1 hỗ trợ hệ thống lái bán tự động của Tesla đều được sản xuất bằng quy trình 7nm của TSMC.

SMIC cung cấp hai phiên bản của quy trình 7nm, N+1 và N+2 nâng cấp. Theo nhiều nguồn tin, chip Kirin 9000s được sản xuất ở mức quy trình N+2.

Nhưng trong khi TSMC và Samsung sử dụng thiết bị in thạch bản cực tím (EUV) để chế tạo những con chip này thì SMIC lại sử dụng máy cực tím sâu (DUV) kém hiệu quả hơn, các chuyên gia và nhà phân tích trong ngành cho biết.

Một chuyên gia bán dẫn quen thuộc hướng phát triển công nghệ của SMIC cho biết: “Ban đầu là do giới hạn ngân sách. EUV rất đắt tiền và quy trình tiên tiến của SMIC đi sau TSMC nhiều thế hệ, khiến công ty không có nhiều khách hàng và doanh thu.”

Kỹ thuật in thạch bản trong đó các mạch điện được khắc vào các tấm silicon, là nền tảng cho việc sản xuất chip. Máy in thạch bản tiên tiến hơn cung cấp độ chi tiết cao hơn, nghĩa là đường nét mỏng hơn và chi tiết hơn, cho phép chip nhỏ hơn.

Cả hai máy đều có thể đạt được quy trình 7nm, nhưng EUV hiệu quả và chính xác hơn, dẫn đến ít hàng lỗi hơn.

SMIC đã sử dụng máy DUV để lặp lại các bước sản xuất chip mà các hãng khác đã làm với EUV nhằm tăng mật độ bóng bán dẫn. Nhưng điều này có tác động xấu đến tỷ lệ sản lượng, được tính bằng tỷ lệ chip hoạt động và chip bị lỗi trên mỗi tấm wafer.

Theo ASML, một nhà sản xuất máy in thạch bản của Hà Lan, phải mất 34 bước in thạch bản để đạt được 7nm trên máy DUV, so với chỉ 9 bước trên EUV. Các bước sản xuất bổ sung dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn và năng suất thấp hơn.

Brady Wang, nhà phân tích ngành chất bán dẫn tại Counterpoint cho biết, với mỗi bước bổ sung, nhiều chip sẽ bị vứt bỏ hơn và chi phí thiết bị tăng lên. Nhiều thành phần và vật liệu cũng được tiêu thụ. Nhưng những gì bắt đầu như một biện pháp tiết kiệm ngân sách, đã trở thành giải pháp cần thiết sau khi thiết bị EUV mà SMIC đặt hàng từ ASML vào năm 2019 bị chặn, theo ba người quen thuộc với tình hình tiết lộ.

Máy in thạch bản tiên tiến phải tuân theo Thỏa thuận Wassenaar, một thỏa thuận kiểm soát xuất khẩu đa phương được hình thành bởi hơn 40 quốc gia nhằm hạn chế việc bán các sản phẩm có thể có mục đích quân sự.

Hai nguồn tin thân cận với các nhà cung cấp của SMIC cho biết SMIC đã cố gắng thu gom thiết bị từ các nhà máy hiện có và những thiết bị nhận được trước lệnh trừng phạt của Mỹ đủ để duy trì hoạt động của dây chuyền sản xuất 7nm.

“Điều kiện rất khắc nghiệt,” một giám đốc điều hành công ty chip thân cận với SMIC cho biết. “Về cơ bản, không có bản cập nhật phần mềm và không có kỹ sư nhà máy thiết bị nào thực hiện dịch vụ bảo trì.”

Allen cho biết các quan chức Mỹ rất ngạc nhiên khi SMIC có thể mua được các phụ tùng thay thế và dịch vụ kỹ thuật cần thiết để duy trì hoạt động của cơ sở sản xuất 7nm ngay cả sau khi có các biện pháp kiểm soát xuất khẩu.

Những người trong ngành thân cận với SMIC thừa nhận có thể một số thiết bị được mua đã vi phạm các biện pháp kiểm soát xuất khẩu. Theo Reuters, nhà sản xuất thiết bị bán dẫn của Mỹ là Applied Materials đang bị điều tra về khả năng vi phạm các hạn chế xuất khẩu.

Applied Materials cho biết trong một tuyên bố với các hãng tin rằng họ “đang hợp tác với chính phủ và vẫn cam kết tuân thủ luật pháp toàn cầu, bao gồm kiểm soát xuất khẩu và các quy định thương mại”.

Phải hành động bằng mọi giá

Các nhà sản xuất chip thường hợp tác với các công ty thiết kế chip để thử nghiệm thiết bị và quy trình sản xuất tại cơ sở mới. Vì vậy, chẳng hạn, TSMC sẽ hợp tác với Apple trên các con chip được sản xuất trên dây chuyền xử lý 3nm của hãng.

Đối với dây chuyền sản xuất 7nm được nâng cấp của SMIC, Huawei là “chuột bạch”. Tuy nhiên, nhà sản xuất điện thoại này đã mang lại doanh thu và độ tin cậy cho SMIC, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lại một số khía cạnh của dây chuyền sản xuất, theo ba người trong cuộc quen thuộc với các cơ sở của SMIC. Một trong số họ cho biết: “Các kỹ sư của Huawei có thể được nhìn thấy ở khắp mọi nơi trong nhà máy ở Thượng Hải của SMIC”.

SMIC cũng đã liên hệ để được hỗ trợ từ nước ngoài. Người Mỹ bị cấm làm việc cho các nhà sản xuất chip tiên tiến của Trung Quốc do kiểm soát xuất khẩu, nhưng theo hai kỹ sư chip quen thuộc với SMIC, họ cũng tuyển dụng các chuyên gia từ Đài Loan, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đức để cải thiện năng suất.

Một kỹ sư cho biết: “Các chuyên gia nước ngoài mang đến bí quyết kỹ thuật về các quy trình tiên tiến mà họ thu thập được từ các xưởng đúc khác”.

Một kỹ sư khác cho biết: “ Quy trình 7nm có hàng nghìn bước cần cải tiến. Ngay cả trong nửa đêm, tôi vẫn phải trả lời điện thoại tại nhà máy vì nó có thể liên quan đến một hoặc hai cải tiến quan trọng.”

Theo một nguồn tin quen thuộc với nhóm thiết kế chip của Huawei, khi SMIC nhận được đơn đặt hàng sản xuất chip Kirin 9000s, họ không có đội ngũ đủ khả năng hỗ trợ các kỹ sư điều chỉnh thiết kế chip cho phù hợp với đặc điểm kỹ thuật quy trình của các xưởng đúc khác nhau. Huawei đã phải tự mình thích nghi.

Sản lượng sản xuất của Kirin 9000s vẫn còn là một ẩn số, cả Huawei và SMIC đều không đưa ra bất kỳ tuyên bố công khai nào về vấn đề này. Một người thân cận với quá trình sản xuất Kirin 9000s trong những ngày đầu cho biết, Kirin 9000s đã đạt được năng suất hơn 30% trong giai đoạn sản xuất số lượng lớn đầy rủi ro, bước trước khi sản xuất hàng loạt.

Người này mô tả đó là một “ con số tích cực trong điều kiện khắc nghiệt” nhưng lưu ý rằng quy trình đã “ tăng chi phí ít nhất hai lần so với dây chuyền sản xuất có hiệu suất 90%, chuẩn mực lý tưởng cho việc chế tạo chip di động”.

Các chuyên gia trong ngành tin rằng nguồn tài trợ của Trung Quốc đã bù đắp cho chi phí sản xuất chip quá cao. Theo báo cáo thường niên của công ty, Huawei đã nhận được 6,55 tỷ NDT (948 triệu USD) từ chính phủ Trung Quốc vào năm 2022, nhiều hơn gấp đôi số tiền của năm trước. SMIC đã nhận được 6,88 tỷ NDT từ trợ cấp của Trung Quốc trong ba năm qua.

Douglas Fuller, một chuyên gia về ngành bán dẫn Trung Quốc, cho biết: “Trung Quốc rõ ràng đã quyết định rằng việc đầu tư khoản chi phí khổng lồ cho nỗ lực này là xứng đáng”.

Điểm dừng tiếp theo: AI

Kirin 9000s đã tạo nên làn sóng ở Trung Quốc, cho phép Huawei giành lại thị phần đã mất. Các chuyên gia trong ngành dự đoán nước này sẽ tăng cường sản xuất smartphone chạy chip Kirin; Jeff Pu, nhà phân tích tại Haitong International Securities, ước tính có thể có đến 70 triệu smartphone chạy chip xử lý này được sản xuất vào cuối năm 2024.

Tuy nhiên, SMIC và Huawei đã tăng cường tham vọng khi đặt ra kế hoạch tăng cường sản xuất chip cho hệ thống trí tuệ nhân tạo nhằm đáp trả việc thắt chặt các hạn chế do Mỹ áp đặt.

Các giám đốc điều hành của những gã khổng lồ Internet Trung Quốc như Tencent và Alibaba đã thừa nhận những khó khăn mà họ gặp phải trong việc tìm nguồn cung chip hiệu suất cao, khiến họ phải xem xét các lựa chọn thay thế trong nước.

Dòng chip AI Ascend của Huawei đã được các nhà phân tích trong ngành quảng cáo là sự thay thế tiềm năng cho Nvidia, mặc dù hiệu suất tổng thể của chúng kém hơn so với tập đoàn Mỹ.

Cho đến khi lệnh trừng phạt được đưa ra vào tháng 5 năm 2020, Huawei đã bán chip Ascend AI do TSMC sản xuất. Giờ đây, nhiều nguồn tin thân cận với công ty cho biết họ đã hồi sinh các dòng sản phẩm, với các chip trung tâm dữ liệu được thiết kế mới do SMIC sản xuất.

Ba nguồn tin thân cận với Huawei cho biết các gã khổng lồ Internet Tencent, Baidu và Meituan đã mua chip Huawei Ascend 910b để thử nghiệm quy mô nhỏ. Hai nguồn tin thân cận với SMIC cho biết nhà máy sản xuất chip này đang nỗ lực mở rộng năng lực sản xuất 7nm cho các chip Huawei đặt hàng trước và phát triển nút quy trình 5nm tiên tiến hơn.

Hai người cho biết mục tiêu sản xuất Ascend 910b trong năm tới đã tăng hơn gấp đôi so với năm 2023, với hơn 200.000 chip sẽ được sản xuất.

Nhưng Huawei và SMIC phải vượt qua một số thách thức đáng kể trong quy trình sản xuất chip trung tâm dữ liệu trước khi họ có thể bắt đầu giành thị phần từ Nvidia.

Chip AI lớn hơn bộ xử lý của smartphone và do đó có nhiều khả năng bị lỗi sản xuất. Theo một nguồn tin quen thuộc với phía sản xuất, tỷ lệ sản lượng hiện tại của chip Ascend 910 b của Huawei chỉ là hơn 20%, nghĩa là cứ 5 con chip được sản xuất thì có gần 4 con bị lỗi.

Việc mở rộng sản xuất của SMIC dự kiến sẽ gặp khó khăn lớn hơn 3 năm trước do các hạn chế do Mỹ, Nhật Bản và Hà Lan áp đặt. Máy DUV tiên tiến nhất của ASML mà SMIC sử dụng đã nằm trong danh sách kiểm soát xuất khẩu của Hà Lan và Mỹ.

ASML cho biết họ “tuân thủ tất cả các quy tắc và quy định hiện hành về kiểm soát xuất khẩu” và khách hàng của họ biết rằng, từ năm 2024, “có khả năng chúng tôi sẽ không nhận được giấy phép xuất khẩu cho các hệ thống này để vận chuyển cho khách hàng nội địa Trung Quốc”.

Nhưng các nhà cung cấp của SMIC cho biết công ty đã nhận được một lô DUV tiên tiến mới từ ASML trước khi Mỹ thắt chặt kiểm soát xuất khẩu, có nghĩa là vẫn có thể tăng cường sản xuất và phát triển công nghệ trong vòng 2 đến 3 năm tới.

Một nguồn tin cho biết: “Phần lớn thiết bị ở đây vẫn là sản phẩm của Mỹ và Nhật Bản mà SMIC dự trữ trong năm 2020”.

Tuy nhiên, các chuyên gia và nhà phân tích trong ngành tin rằng SMIC có thể hết nguồn cung cấp nguyên liệu và khả năng bảo trì thiết bị trước khi có thể sản xuất chip tiên tiến hơn.

Leslie Wu, một nhà tư vấn độc lập về ngành bán dẫn của Trung Quốc, cho biết: “ Một số kho dự trữ linh kiện máy móc sẽ cạn kiệt trong vòng 2 đến 3 năm nữa mà không có sự thay thế từ các công ty trong nước và một lượng tối thiểu qua thị trường chợ đen”.

Ông nói: “Đây sẽ là một rắc rối lớn nếu số hàng dự trữ hết trước khi sản phẩm thay thế trong nước xuất hiện. ” Huawei và SMIC đã không trả lời yêu cầu bình luận từ Financial Times.

Tham vọng chinh phục thị trường Mỹ

Cả Huawei và SMIC ít nhất có thể chắc chắn về sự hỗ trợ của chính quyền khi họ đuổi theo các công ty dẫn đầu ngành. Một quan chức chính phủ phụ trách hoạch định chính sách ngành bán dẫn cho biết mục tiêu hiện tại là thiết lập dây chuyền sản xuất chip tiên tiến “bằng mọi giá”.

Quan chức này cho biết: “ Chuỗi cung ứng chip ổn định là xương sống của các hệ thống điện toán hiệu suất cao... rất quan trọng để ngành điện toán hiệu suất cao của Trung Quốc duy trì đà phát triển, đặc biệt là trong bối cảnh căng thẳng thương mại đang diễn ra và các hạn chế do chính phủ Mỹ áp đặt”.

Bắt đầu với việc thành lập Quỹ đầu tư công nghiệp mạch tích hợp Trung Quốc vào năm 2014, ngành công nghiệp vi mạch đã được nuôi dưỡng bằng nguồn tài trợ của nhà nước. Quỹ đầu tư này đã tích lũy được số tiền khổng lồ 47 tỷ USD trong thập kỷ qua và dự kiến sẽ huy động thêm 41 tỷ USD, củng cố thêm nỗ lực tự chủ về công nghệ của Trung Quốc.

Lý do đằng sau khoản đầu tư khổng lồ này rất đơn giản: thoát khỏi sự phụ thuộc nặng nề vào nhập khẩu, giành được chỗ đứng vững chắc hơn trong chuỗi cung ứng toàn cầu và tước bỏ khả năng của Mỹ trong việc ngăn chặn một phần đáng kể nền kinh tế công nghiệp và quốc phòng của Trung Quốc.

Chris Miller, tác giả của cuốn Chip War, cho biết: “Nếu bạn nhập khẩu phần lớn chip của mình, bạn không phải là siêu cường sản xuất”. “Bạn chỉ đang lắp ráp các bộ phận có giá trị cao được sản xuất ở nơi khác.”

Tham vọng thoát khỏi sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài đặt lên vai Huawei và SMIC. Sự ra mắt thành công của Kirin 9000s đã mang lại sức sống mới cho ngành công nghiệp bán dẫn, khi các giám đốc điều hành báo cáo rằng các công ty khởi nghiệp về chip đang chứng kiến nguồn tài trợ tăng đột biến.

Nhưng tham vọng lâu dài của Huawei không chỉ giới hạn ở các thị trường trong quỹ đạo của Trung Quốc. Biệt danh ban đầu của Kirin 9000s — Charlotte — là biểu tượng của những hy vọng này. Nó được đặt tên không phải theo một cá nhân mà là theo thành phố ở Bắc Carolina. Những người trong cuộc cho biết, các chất bán dẫn di động khác đang được phát triển cũng được đặt tên nội bộ theo các thành phố của Mỹ.

Một nhân viên Huawei cho biết, việc sử dụng tên Mỹ phản ánh “mong muốn một ngày nào đó giành lại vị trí của chúng tôi trong chuỗi cung ứng toàn cầu”.