Là một trong những tập đoàn công nghệ lớn nhất Hàn Quốc, Samsung có thể đầu tư nhiều tiền hơn vào mảng kinh doanh bán dẫn của mình nhằm áp dụng các công nghệ sản xuất hàng đầu trước mọi công ty khác. Nhưng điều đó không có nghĩa là Samsung dẫn đầu về công nghệ sản xuất chip logic hay bộ nhớ. Trên thực tế, công ty Hàn Quốc đang tụt hậu so với TSMC, Intel và Micron về hiệu năng và giá thành.
Samsung đã chi 93,2 tỉ USD để mở rộng năng lực sản xuất bán dẫn cho các bộ phận bộ nhớ và xưởng đúc của mình trong giai đoạn 2017 – 2020, nhiều hơn số vốn Intel và TSMC đã đầu tư. Ngoài ra, công ty cũng đã chi hàng tỉ USD để nghiên cứu và phát triển các công nghệ tiến trình mới. Do chi tiêu cực lớn, Samsung Foundry và Samsung Semiconductor là những công ty đầu tiên áp dụng kỹ thuật in thạch bản cực tím (EUV) để sản xuất logic trong năm 2018 và sản xuất DRAM vào năm 2021.
Nhưng việc sử dụng các công cụ in thạch bản mới nhất không có nghĩa là các mảng kinh doanh phát triển chip, bộ nhớ và đúc của Samsung được đảm bảo sẽ phát triển mạnh mẽ. Thực tế, một kỹ sư DRAM của Samsung đã tiết lộ trong một bài đăng trên blog rằng văn hóa doanh nghiệp gây tranh cãi trong công ty có thể là lý do tại sao các bộ phận bán dẫn của họ gặp khó khăn trong những năm gần đây.
Tiến trình đúc
Kỹ thuật in thạch bản EUV giúp giảm đa mẫu, tăng năng suất, giảm thời gian chu kỳ, mà cuối cùng là tăng hiệu năng và giảm chi phí. Nhưng Samsung Foundry đã không thể có thêm nhiều khách hàng với công nghệ chế tạo 7LPP, 5LPE và 5LPP của mình. Chiến thắng lớn duy nhất về EUV của công ty là nhận được đặt hàng từ Qualcomm. Ngược lại, NVIDIA chỉ sử dụng tiến trình 8LPP của Samsung – một công nghệ 10nm chỉ sử dụng kỹ thuật in thạch bản cực tím sâu (DUV).
Đã có nhiều tin đồn tiết lộ sản lượng 4nm của Samsung khá thấp và tiến trình này không hoàn toàn đáp ứng được kỳ vọng. Dĩ nhiên, giống như bất kỳ nhà sản xuất bán dẫn hợp đồng nào khác, Samsung Foundry không đưa ra lời bàn luận về năng suất, bởi nó là một phần bí mật kinh doanh cho cả bản thân lẫn khách hàng. Khi Qualcomm chuyển việc sản xuất SoC Snapdragon 8 Gen 1 của mình từ công nghệ 4nm của Samsung (4LPE hoặc 4LPP) sang N4 của TSMC, họ có thể tăng xung nhịp, đồng thời cắt giảm mức tiêu thụ điện năng (tức tăng đáng kể hiệu năng trên mỗi Watt). Điều đó chứng tỏ rằng công nghệ 4LPE/4LPP của Samsung đang kém cạnh tranh hơn so với đối thủ thực tiếp đến từ Đài Loan, ít nhất là theo quan điểm hiệu năng trên mỗi Watt. Một điều cần lưu ý là gia đình tiến trình sản xuất 3nm của Samsung Foundry là thế hệ EUV thứ 3 của công ty và nó đang tụt hậu hơn so với đối thủ cạnh tranh trực tiếp.
Hồi tháng 4, Kenny Han, Giám đốc tiếp thị bộ phận LSI của Samsung, đã công bố trước những cải tiến về năng suất cho các SoC flagship, nhưng điều đó cũng đồng thời gián tiếp xác nhận về việc không đủ năng suất tiên tiến tại Samsung Foundry. “Trong quý 2, chúng tôi kỳ vọng nguồn cung SoC của chúng tôi sẽ tăng đáng kế nhờ những cải tiến về năng suất cho các SoC flagship cũng như bổ sung những sản phẩm tầm trung vào dòng sản phẩm của chúng tôi.”
Có vài tin đồn cho rằng sản lượng chip sản xuất trên tiếp trình 3GAE (3nm, transistor gate-all-around, thời điểm ban đầu) của Samsung cũng không đáp ứng được kỳ vọng. Tuy vậy, đây là tiến trình “ban đầu” của công ty thường được bộ phận LSI tận dụng gần hết và công ty cũng không chia sẻ mọi chi tiết với bên thứ ba, thế nên, chúng ta không thể xác nhận thông tin. Samsung chỉ chính thức tuyên bố rằng họ đã triển khai 1 tiến trình mới nhằm tăng tốc thời gian năng suất bắt đầu từ tiến trình 3nm của mình. Một đại diện của Samsung cho biết: “Chúng tôi đã cải thiện hệ thống phát triển tiến trình từ 3nm. Chúng tôi thực sự đã xác minh cho từng giai đoạn phát triển. Điều này giúp chúng tôi giảm thời gian tăng sản xuất sau này, cải thiện lợi nhuận của chúng tôi và cũng đảm bảo nguồn cung ổn định hơn.”
Thông thường, các công ty thất bại khi họ đặt cho mình những mục tiêu quá tham vọng hoặc quá tầm thường. Với các tiến trình 7nm và tiên tiến hơn của Samsung Foundry, công ty đã đặt cược vào việc sử dụng EUV và để triển khai nó vào năm 2018, họ phải giới thiệu một số công nghệ và phương pháp sản xuất độc quyền.
Ngược lại, TSMC đã không sử dụng các công cụ EUV cho tiến trình N7 của mình vào năm 2018 và chỉ cung cấp các lớp EUV với công nghệ N7+ tiếp theo vào năm 2019 sau khi đã giải quyết, hoặc ít nhất là xác định, những trục trặc có trong tiến trình ban đầu cũng như khi các công cụ EUV hoàn tiền. TSMC có cách tiếp cận khá thận trọng trong việc phát triển công nghệ tiến trình cũng như sử dụng các công cụ mới. Những lợi thế có thể đoán trước được (ngay cả khi chúng không quá ấn tượng) cùng sản lượng cao có lẽ là lý do tại sao TSMC nhận được đơn đặt hàng lớn từ những gã khổng lồ công nghệ như Apple và AMD, vốn có những chiến thuật khác nhau khi áp dụng các công nghệ tiến trình mới.
Tiến trình DRAM
Nhưng bộ phận xưởng đúc của Samsung không phải là đơn vị kinh doanh duy nhất đặt cược lớn vào EUV. Samsung Semiconductor đã vận chuyển các chip DRAM thử nghiệm đầu tiên được sản xuất trên D1x, một tiến trình nâng cao của EUV, cho khách hàng của mình vào hồi đầu năm 2020, nhưng công nghệ này không được sử dụng cho sản xuất số lượng lớn. Thay vào đó, bộ phận kinh doanh DRAM của Samsung bắt đầu bắt đầu xuất xưởng các chip nhớ được sản xuất bằng tiến trình D1a (sử dụng các công cụ EUV cho 5 lớp) vào cuối tháng 10/2021.
D1a của Samsung là tiến trình DRAM 10nm thế hệ thứ 4 của công ty, còn được gọi là 13nm. Việc phát triển tiến trình này đã khiến công ty mất khá nhiều thời gian, tạm gác lại cả Micron (bắt đầu xuất xưởng các IC DRAM dựa trên 1a vào tháng 6/2021) và SK Hynix (bắt đầu sản xuất các DRAM 1a vào tháng 7/2021).
Micron dự định sử dụng công nghệ chế tạo 1a của mình (vốn không hoàn toàn sử dụng EUV) cho mọi loại DRAM mà hãng bán ra và đã triển khai rộng rãi tiến trình này. Kết quả là Micron không chỉ đánh bại Samsung với tiến trình 1a của mình mà còn vượt xa về tốc độ áp dụng nó. Do đó, bộ nhớ của Micron có chi phí sản xuất rẻ hơn. Điều này đặc biệt có lợi đối với các IC DDR5 vốn to hơn về mặt vật lý so với những con chip DDR4 có cùng dung lượng và được sản xuất trên cùng 1 tiến trình.
Theo thời gian, Samsung có thể lấy lại vị trí dẫn đầu vì đã có nhiều kinh nghiệm với các công nghệ xử lý DRAM dựa trên EUV, nhưng hiện tại, công ty dường như không đang dẫn đầu cuộc chơi. Điều thú vị là Micron coi việc sử dụng các công cụ EUV như một bất lợi bởi chi phí máy quét EUV cao, năng suất hạn chế của thiết bị EUV, tính đồng nhất của kích thước tới hạn (CD) không hoàn hảo và thời gian chu kỳ dài hơn.
Theo thông tin từ DigiTimes, trong nỗ lực để đi trước đối thủ, Samsung dự định bỏ qua công nghệ tiến trình 1b và chuyển sang tập trung vào 1c (11nm). Thông tin này đã bị phủ nhận vào hồi tháng 4 nhưng kế hoạch dường như có sự thay đổi. Đại diện của Samsung tiết lộ: “Tôi nghĩ công bằng mà nói, kế hoạch phát triển 12nm của chúng tôi đang được thực hiện ổn định và các tiến trình tiếp theo cũng sẽ được phát triển theo lộ trình công nghệ trung và dài hạn.”
Bộ phận LSI
Nhưng Samsung có lợi thế hơn Micron, SK Hynix và TSMC. Công ty bán nhiều thứ hơn chip nhớ và dịch vụ sản xuất bán dẫn. Gã khổng lồ công nghệ Hàn Quốc bán mọi loại thiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả smartphone có giá trên 1.000 USD hoặc những chiếc TV có giá đắt đỏ hơn đáng kể. Do đó, ngay cả khi năng suất không cao và chi phí không thất, Samsung vẫn có lãi.
Nhưng vấn đề đối với tiến trình và sản lượng tầm thường: chúng ảnh hưởng đến hiệu năng và khả năng của những SoC của chính Samsung, vốn có thể không đáp ứng được kỳ vọng. Đây là những gì đã xảy ra với Exynos 2200, vốn không mạnh mẽ hơn Snadragon 8 Gen 1 của Qualcomm, cũng được tạo ra bằng công nghệ tiến trình tương tự.
Tóm lại
Dù rằng Samsung có thể dành cả vận may cho các mảng kinh doanh bán dẫn của mình, nhưng điều này không đảm bảo cho sự thành công cho họ. Trong vài năm qua, chúng ta đã thấy nhiều bằng chứng trực tiếp và gián tiếp khác nhau cho thấy hoạt động kinh doanh bán dẫn của công ty đang gặp khó khăn. Hoạt động kinh doanh sản xuất hợp đồng của Samsung Foundry không phát triển nhanh như các đối thủ của họ, trong khi những tiến trình của họ đang không đạt được kỳ vọng. Samsung Semiconductor đã đi sau các đối thủ vài tháng với tiến trình chế tạo DRAM 1a, trong khi hiệu năng của những SoC flagship từ Samsung LSI lại tệ hơn so với các đối thủ cạnh tranh.
Giống như các công ty khổng lồ khác, Samsung rất bền bỉ và có đủ tiềm lực tài chính, trí tuệ và công nghệ để tồn tại trong nhiều thử thách. Vấn đề duy nhất cần phải giải quyết là khi nào điều này xảy ra và liệu ban lãnh đạo hiện tại của công ty có thực hiện đúng nhiệm vụ hay không.
Nguồn: Tom’s Hardware
