Vung tiền phá rào, chip AI Trung Quốc đang ở vị trí nào thế giới?

Khi Mỹ hạn chế Trung Quốc mua các loại chip bán dẫn tiên tiến dùng cho phát triển trí tuệ nhân tạo (AI), Bắc Kinh đang đặt nhiều kỳ vọng vào các giải pháp trong nước như Huawei.

Tuy nhiên, nhiệm vụ này trở nên khó khăn hơn vì các lệnh cấm từ Mỹ không chỉ ngăn Trung Quốc tiếp cận các con chip tiên tiến nhất thế giới mà còn cản trở khả năng tiếp cận công nghệ then chốt để xây dựng một hệ sinh thái chip AI hoàn chỉnh.

Các hạn chế này trải dài trên toàn bộ chuỗi giá trị của ngành bán dẫn, từ thiết kế và thiết bị sản xuất chip AI đến các yếu tố hỗ trợ như chip nhớ.

Bắc Kinh đã đầu tư hàng chục tỷ USD để lấp đầy những khoảng trống này. Dù đã đạt được một số đột phá bằng cách “dùng lực lượng đông đảo để phá vỡ rào cản”, các chuyên gia cho rằng Trung Quốc vẫn còn một chặng đường dài phía trước.

Dưới đây là những so sánh giữa Trung Quốc với phần còn lại của thế giới trong 4 phân khúc then chốt để xây dựng chip AI.

1. Thiết kế chip AI

Nvidia được coi là công ty hàng đầu thế giới về chip AI, nhưng hãng này không trực tiếp sản xuất chip vật lý được dùng trong huấn luyện và tính toán AI.

Thay vào đó, Nvidia thiết kế chip AI, chính xác hơn là bộ xử lý đồ họa (GPU). Các thiết kế GPU được cấp bằng sáng chế sau đó sẽ được gửi tới các xưởng đúc chip (foundry) - các nhà máy chuyên sản xuất hàng loạt chip theo thiết kế của công ty khác.

Dù các đối thủ Mỹ như AMD hay Broadcom cũng có sản phẩm thay thế, GPU của Nvidia vẫn được coi là tiêu chuẩn ngành. Nhu cầu đối với chip của Nvidia cao đến mức khách hàng Trung Quốc vẫn cố mua bất cứ chip nào của hãng mà họ có thể tiếp cận được.

Tuy nhiên, Nvidia đang phải đối mặt với việc Mỹ tiếp tục siết chặt hạn chế xuất khẩu. Hồi tháng 4, hãng tiết lộ rằng các lệnh cấm bổ sung đã ngăn cản họ bán chip H20 cho khách hàng Trung Quốc.

H20 là phiên bản đơn giản hóa của chip H100, được thiết kế nhằm né tránh các lệnh kiểm soát trước đó. Tuy vậy, các chuyên gia cho biết H20 vẫn tiên tiến hơn bất kỳ chip nào được sản xuất trong nước Trung Quốc hiện nay - điều mà Bắc Kinh đang nỗ lực thay đổi.

Đáp lại các lệnh trừng phạt, ngày càng nhiều công ty bán dẫn Trung Quốc tham gia vào cuộc đua chip AI, bao gồm những công ty mới nổi như Enflame Technology và Biren Technology, nhằm đáp ứng lượng nhu cầu GPU khổng lồ do Nvidia để lại.

Tuy nhiên, không có công ty Trung Quốc nào đến gần việc thay thế Nvidia hơn Huawei, với bộ phận thiết kế chip HiSilicon.

GPU tiên tiến nhất của Huawei hiện đang được sản xuất hàng loạt là Ascend 910B. Thế hệ tiếp theo - Ascend 910C - được kỳ vọng sẽ bắt đầu giao hàng hàng loạt từ tháng 5, nhưng hiện vẫn chưa có thông tin mới.

Dylan Patel, nhà sáng lập và CEO SemiAnalysis, nói với CNBC rằng dù chip Ascend còn thua Nvidia, nhưng Huawei đang có những tiến bộ đáng kể.

“So với các dòng chip của Nvidia bị hạn chế xuất khẩu, khoảng cách giữa Huawei và H20 không còn là cả một thế hệ. Huawei không còn quá tụt hậu so với những gì Nvidia được phép bán vào Trung Quốc,” Patel nói.

Ông cho biết Ascend 910B chậm hơn Nvidia khoảng 2 năm (tính đến năm ngoái), còn 910C chỉ còn chậm hơn 1 năm.

Tuy nhiên, thiết kế chỉ là một phần trong quá trình xây dựng hệ sinh thái chip AI. Khả năng sản xuất mới là yếu tố quyết định tiếp theo.

2. Sản xuất chip AI

Nvidia dựa vào TSMC để sản xuất GPU - nhà máy đúc hợp đồng lớn nhất thế giới hiện sản xuất phần lớn các chip tiên tiến toàn cầu.

TSMC tuân thủ nghiêm ngặt các lệnh kiểm soát từ Mỹ, và không được nhận đơn hàng từ các công ty có trong danh sách đen thương mại của Mỹ. Huawei đã bị đưa vào danh sách này từ năm 2019.

Do đó, các công ty như Huawei buộc phải chuyển sang các xưởng đúc trong nước, trong đó lớn nhất là SMIC.

Tuy vậy, SMIC tụt hậu khá xa so với TSMC. Hiện SMIC mới chỉ sản xuất được chip 7 nanomet, trong khi TSMC đã đạt 3nm. Kích thước nanomet càng nhỏ, chip càng mạnh và tiết kiệm điện hơn.

Có dấu hiệu cho thấy SMIC đã tiến bộ. Họ được cho là sản xuất chip 5G 5nm cho mẫu điện thoại Huawei Mate 60 Pro - sản phẩm từng gây chấn động giới công nghệ Mỹ năm 2023.

Tuy nhiên, SMIC chưa thể sản xuất GPU tiên tiến ở quy mô lớn và giá rẻ.

Ray Wang, chuyên gia phân tích công nghệ độc lập, cho biết năng lực sản xuất của SMIC thua xa TSMC.

“Huawei là công ty thiết kế chip rất tốt, nhưng họ vẫn thiếu nhà sản xuất chip trong nước đủ mạnh,” ông nói, và lưu ý rằng Huawei cũng đang tự phát triển năng lực sản xuất.

Tuy vậy, cả Huawei lẫn SMIC đang gặp rào cản lớn là thiết bị sản xuất chip tiên tiến.

3. Thiết bị sản xuất chip tiên tiến

Khả năng của SMIC trong việc sản xuất GPU cho Huawei bị giới hạn bởi các lệnh kiểm soát xuất khẩu - yếu tố này là từ Hà Lan.

Dù Hà Lan không có công ty thiết kế chip lớn, nước này là quê hương của ASML - nhà cung cấp thiết bị sản xuất chip tiên tiến nhất thế giới. Máy móc của ASML sử dụng tia sáng hoặc điện tử để tạo mẫu vi mạch trên tấm silicon.

Tuân thủ các lệnh từ Mỹ, Hà Lan đã chặn việc bán các máy in thạch bản EUV (tử ngoại cực tím) - thiết bị thiết yếu để sản xuất chip tiên tiến với chi phí thấp.

Theo Jeff Koch, chuyên gia phân tích tại SemiAnalysis, EUV là rào cản lớn nhất đối với ngành sản xuất chip tiên tiến của Trung Quốc. “Họ có gần như đầy đủ các công cụ khác, nhưng thiếu thiết bị quang khắc khiến họ không thể đạt được tiến trình dưới 3nm,” ông nói.

SMIC đã cố gắng lách hạn chế bằng cách sử dụng máy DUV (tử ngoại sâu) của ASML, loại ít bị hạn chế hơn.

Với cách làm “dùng sức mạnh cưỡng bức”, việc sản xuất chip 7nm có thể thực hiện, nhưng tỷ lệ thành công thấp và chiến lược này đang đến giới hạn, Koch nói.

SiCarrier Technologies, một công ty Trung Quốc đang phát triển công nghệ quang khắc, được cho là có liên hệ với Huawei.

Tuy nhiên, Koch cho rằng mô phỏng lại thiết bị quang khắc tiên tiến hiện nay có thể mất hàng chục năm. Trung Quốc có thể sẽ chọn phát triển các công nghệ mới thay vì sao chép những gì đã có.

4. Linh kiện bộ nhớ cho AI

Trong AI, loại bộ nhớ phổ biến hiện nay là HBM (High Bandwidth Memory). SK Hynix (Hàn Quốc) hiện đang dẫn đầu thị trường này. Các đối thủ khác gồm Samsung và Micron (Mỹ).

“HBM hiện nay là yếu tố thiết yếu để huấn luyện và vận hành mô hình AI,” theo Ray Wang.

Hàn Quốc cũng phối hợp với Mỹ trong việc hạn chế chip, và bắt đầu áp dụng lệnh cấm bán một số chip HBM sang Trung Quốc từ tháng 12 năm ngoái.

Đáp lại, ChangXin Memory Technologies (CXMT), công ty sản xuất bộ nhớ của Trung Quốc, đã hợp tác với Tongfu Microelectronics để bắt đầu sản xuất HBM, theo Reuters.

Wang cho rằng CXMT tụt hậu 3-4 năm so với các công ty dẫn đầu thế giới, và vẫn đang đối mặt với các lệnh cấm xuất khẩu thiết bị.

SemiAnalysis ước tính đến tháng 4 năm nay, CXMT vẫn còn ít nhất một năm nữa mới có thể tăng sản lượng đáng kể.

Huawei hiện vẫn dựa vào lượng HBM dự trữ từ các nhà cung cấp như Samsung để sử dụng trong chip Ascend 910C, theo báo cáo của SemiAnalysis tháng 4. Dù được thiết kế trong nước, chip này vẫn phụ thuộc vào các linh kiện nhập khẩu từ trước hoặc lách được lệnh cấm.

“Dù là HBM từ Samsung, wafer từ TSMC, hay thiết bị từ Mỹ, Hà Lan và Nhật Bản, Trung Quốc vẫn phụ thuộc lớn vào ngành công nghiệp nước ngoài,” báo cáo của SemiAnalysis kết luận.