Mai Nhung
Writer
Nhìn lại thập niên 1980, Nhật Bản từng là một đế chế thống trị tuyệt đối trên bản đồ bán dẫn thế giới. Tuy nhiên, sự dịch chuyển khốc liệt trong cấu trúc chuỗi cung ứng toàn cầu đã khiến những thương hiệu sản xuất chip nguyên chiếc của xứ sở hoa anh đào dần lùi bước về phía sau. Bất chấp sự thoái trào ở bề nổi đó, Nhật Bản hiện tại vẫn duy trì một thứ quyền lực ngầm mang tính chất sinh tử đối với toàn bộ ngành công nghiệp vi mạch. Sức mạnh này không nằm ở những xưởng đúc khổng lồ, mà được nắm giữ bởi những tập đoàn "thầm lặng" – những cái tên vốn nổi danh trong lĩnh vực thực phẩm, thiết bị vệ sinh hay dệt may, nhưng lại đang độc quyền kiểm soát các loại vật liệu và thiết bị cốt lõi mà không một nhà sản xuất chip tiên tiến nào trên thế giới có thể bỏ qua.
Câu chuyện kỳ lạ nhất trong chuỗi cung ứng bán dẫn có lẽ thuộc về Ajinomoto, tập đoàn thực phẩm lừng danh toàn cầu với sản phẩm bột ngọt quen thuộc. Ít ai ngờ rằng, Ajinomoto Fine-Techno (công ty con của tập đoàn) lại đang nắm giữ vị thế gần như độc quyền đối với một loại vật liệu sống còn mang tên Ajinomoto Build-up Film (ABF). Đây là một lớp màng phim cách điện siêu mỏng được ứng dụng làm lớp nền bên trong các vi xử lý trung tâm (CPU) và bộ xử lý đồ họa (GPU) hiệu năng cao. Lớp đệm vô hình này đảm nhiệm vai trò ngăn chặn tình trạng nhiễu điện, duy trì sự ổn định tuyệt đối khi truyền tải tín hiệu và chịu nhiệt cực tốt. Theo đánh giá từ tạp chí TechRadar, Ajinomoto hiện đang thâu tóm hơn 90% thị phần toàn cầu của màng cách điện này. Thậm chí, dữ liệu nghiên cứu từ Trung tâm An ninh và Công nghệ Nơi nổi (CSET) thuộc Đại học Georgetown (Mỹ) còn khẳng định mức độ độc quyền của hãng lên tới 95%.
Sự ngạc nhiên tiếp tục nối dài với Toto – thương hiệu vốn được mặc định gắn liền với các thiết bị vệ sinh cao cấp. Bằng việc làm chủ công nghệ vật liệu gốm tinh vi, Toto đã phát triển thành công hệ thống Electrostatic Chuck (ESC) chuyên dụng. Hệ thống này sử dụng lực tĩnh điện từ chất liệu gốm đặc biệt để giữ chặt các phiến đĩa silicon (wafer) bên trong buồng xử lý của các nhà máy sản xuất chip. Chuyên trang Tom’s Hardware ghi nhận rằng, giải pháp ESC của Toto yêu cầu độ ổn định nhiệt động học cực kỳ khắt khe, tạo ra một rào cản công nghệ khổng lồ ngăn cản các đối thủ bám đuổi. Nhờ đó, hãng thiết bị vệ sinh này gần như một mình một ngựa trong việc cung cấp giải pháp giữ wafer cho dây chuyền sản xuất chip nhớ NAND và các quy trình đúc (fab) tiên tiến khác.
Trong khi đó, ở lĩnh vực gia cường cấu trúc vật lý, Nittobo (một doanh nghiệp có bề dày lịch sử trong ngành dệt và vật liệu sợi) lại vươn lên trở thành "cứu tinh" cho các nhà sản xuất chip AI. Sản phẩm chủ lực của hãng là T-glass – một loại vải sợi thủy tinh siêu mịn sở hữu hệ số giãn nở nhiệt (CTE) cực thấp. Vật liệu này được dùng để gia cường bên trong chất nền (substrate) bán dẫn, mang lại độ cứng cáp vượt trội, giúp ngăn chặn tình trạng cong vênh và tăng cường độ ổn định cơ học trong quá trình đóng gói chip đa lớp.
Quy trình cung ứng diễn ra vô cùng khép kín: Nittobo cung cấp sợi thủy tinh cho các tập đoàn hóa chất nội địa như Resonac và Mitsubishi Gas Chemical để ép thành tấm phủ đồng (CCL). Những tấm CCL này tiếp tục được các công ty như Ibiden và Unimicron chế tác thành chất nền cao cấp, phục vụ trực tiếp cho việc đóng gói siêu chip AI của Nvidia hay AMD. Chia sẻ với Nikkei Asia vào năm ngoái, một giám đốc cấp cao của Unimicron đã nhấn mạnh rằng độ cứng của T-glass là yếu tố mang tính quyết định để đạt được tỷ lệ sản xuất chip AI thành công. Tờ The Wall Street Journal cũng xác nhận Nittobo hiện gần như là nhà cung cấp duy nhất trên toàn cầu cho loại vật liệu chiến lược này.
Bước vào sâu bên trong các phân xưởng quang khắc vi mạch siêu cực tím (EUV) – nơi những đường mạch có kích thước chỉ vài nanomet được vẽ lên phiến silicon – vai trò của người Nhật càng trở nên không thể thay thế. Lasertec Corporation (thành lập năm 1960 tại Yokohama) hiện đang là "trạm gác" bắt buộc của mọi nhà sản xuất bán dẫn hàng đầu thế giới. Công ty này độc quyền 100% thị phần toàn cầu về hệ thống thiết bị soi lỗi mặt nạ quang học (photomask) bằng tia EUV. Theo chuyên trang EEWorld, để sản xuất thành công những dòng chip dưới tiến trình 5 nanomet, khả năng phát hiện ra những lỗi kỹ thuật dù là nhỏ nhất bằng thiết bị quang học của Lasertec mang ý nghĩa sống còn đối với toàn bộ dây chuyền.
Đi đôi với ánh sáng EUV là hóa chất cảm quang (photoresist) – loại "mực in" siêu tinh khiết được phủ lên phiến đĩa trước khi máy quang khắc bắt đầu làm việc. Lĩnh vực nhạy cảm này hiện đang nằm trong tay JSR Corporation cùng một số "đồng hương" Nhật Bản. Tầm quan trọng của khối tài sản hóa học này lớn đến mức vào năm 2023, Chính phủ Nhật Bản đã phải trực tiếp can thiệp và hậu thuẫn quỹ đầu tư quốc gia Japan Investment Corporation (JIC) mua lại JSR nhằm bảo vệ an ninh kinh tế quốc gia trước nguy cơ bị thâu tóm từ các thế lực bên ngoài (theo nhận định từ tạp chí MDPI).
Tuy nhiên, hóa chất tốt vẫn cần đến một "nghệ nhân" để bôi phủ hoàn hảo. Đó là lúc Tokyo Electron (TEL) xuất hiện. Dù là một tập đoàn thiết bị quy mô khổng lồ, nhưng vai trò sinh tử của công ty trong khâu bôi chất cảm quang và rửa phiến đĩa (Coater/Developer) đôi khi ít được dư luận chú ý tới. Theo dữ liệu từ Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Quốc tế (SEMI), các cỗ máy của Tokyo Electron kết hợp chặt chẽ với hệ thống quang khắc EUV để tạo thành một dây chuyền không thể tách rời, chiếm lĩnh gần như toàn bộ thị phần máy bôi phủ cho công nghệ in thạch bản tiên tiến nhất hiện nay.
Toàn bộ nền tảng của ngành công nghiệp vi mạch đều bắt nguồn từ những phiến đĩa silicon (wafer). Tại đây, liên doanh Sumco (giữa Sumitomo Metal Industries và Mitsubishi Materials) cùng với Shin-Etsu Chemical đang tạo lập một thế gọng kìm vững chắc khi kiểm soát từ 60% đến 70% thị trường wafer silicon tinh khiết toàn cầu (theo báo cáo của MarketsandMarkets). Sumco chuyên cung cấp những tấm wafer đường kính 300 mm đạt độ nguyên chất lên tới mức 99,999999999% (chuẩn 11 số 9), đòi hỏi trình độ luyện kim và hóa học cực kỳ khắt khe. Mọi "gã khổng lồ" đúc chip như TSMC, Samsung hay Intel đều phải phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nguyên liệu thô chiến lược này.
Ở giai đoạn hậu kỳ (hậu fab), khi tấm wafer cần được cắt gọt thành từng con chip đơn lẻ, Disco Corporation lại chứng tỏ sự vô đối của mình. Hãng cung cấp tổ hợp thiết bị xử lý công đoạn cuối bao gồm: mài (grinding) làm giảm độ dày đĩa, đánh bóng (polishing) tạo bề mặt phẳng mịn đạt chuẩn nguyên tử, và cắt (dicing) với độ sai số chỉ vài micromet. Báo cáo độc lập từ Bloomberg ghi nhận Disco đang nắm giữ hơn 80% thị phần thiết bị cắt và mài wafer trên toàn cầu. Sự chính xác và hiệu suất ổn định của thiết bị Disco có tác động trực tiếp tới tỷ lệ lỗi và chi phí sản xuất cuối cùng, giúp hãng duy trì vị thế bất khả xâm phạm trong ngách thị trường này.
Song song đó, Daifuku lại dẫn đầu thế giới trong việc cung cấp giải pháp vận chuyển nội bộ tinh vi bên trong các phòng sạch. Hệ thống Cleanway bằng xe điện của hãng giúp vận chuyển các hộp lưu trữ wafer kín (FOUP) di chuyển giữa các máy móc mà không làm phát sinh bụi. Bánh xe của hệ thống này được chế tạo từ vật liệu đặc biệt để đảm bảo môi trường vô trùng tuyệt đối cho các phiến đĩa (theo ghi nhận từ Nikkei Asia).
Cuối cùng, trước khi bất kỳ linh kiện nào được xuất xưởng và hàn lên bo mạch, chúng bắt buộc phải vượt qua "cửa ải" kiểm tra tự động (ATE) do Advantest thiết lập. Theo TechInsights, máy móc của Advantest có khả năng đo đếm các tín hiệu điện tử ở tốc độ pico-giây (tương đương 10^-12 giây), đóng vai trò bảo chứng chất lượng tuyệt đối cho hàng tỷ vi mạch không chứa lỗi logic hay bộ nhớ trước khi đến tay người tiêu dùng.
Bên cạnh những "ông trùm" kể trên, bức tranh quyền lực ngầm của Nhật Bản còn được tô điểm bởi vô số những cái tên xuất sắc khác. Đó là Tanaka Precious Metals với nguồn cung vật liệu kim loại quý; Ebara thống trị công nghệ đánh bóng cơ học hóa học (CMP); Screen Holdings chuyên thiết bị làm sạch wafer; Kokusai Electric cung cấp thiết bị lắng đọng màng mỏng; hay Hamamatsu Photonics dẫn đầu về cảm biến quang và thiết bị đo lường độ chính xác cao. Tất cả cùng nhau tạo nên một hệ sinh thái khép kín, biến Nhật Bản thành một "yết hầu" không thể bị thay thế trong kỷ nguyên công nghệ số toàn cầu.
#Cuộcchiếnbándẫn
Những ông trùm vật liệu "đá chéo sân"
Câu chuyện kỳ lạ nhất trong chuỗi cung ứng bán dẫn có lẽ thuộc về Ajinomoto, tập đoàn thực phẩm lừng danh toàn cầu với sản phẩm bột ngọt quen thuộc. Ít ai ngờ rằng, Ajinomoto Fine-Techno (công ty con của tập đoàn) lại đang nắm giữ vị thế gần như độc quyền đối với một loại vật liệu sống còn mang tên Ajinomoto Build-up Film (ABF). Đây là một lớp màng phim cách điện siêu mỏng được ứng dụng làm lớp nền bên trong các vi xử lý trung tâm (CPU) và bộ xử lý đồ họa (GPU) hiệu năng cao. Lớp đệm vô hình này đảm nhiệm vai trò ngăn chặn tình trạng nhiễu điện, duy trì sự ổn định tuyệt đối khi truyền tải tín hiệu và chịu nhiệt cực tốt. Theo đánh giá từ tạp chí TechRadar, Ajinomoto hiện đang thâu tóm hơn 90% thị phần toàn cầu của màng cách điện này. Thậm chí, dữ liệu nghiên cứu từ Trung tâm An ninh và Công nghệ Nơi nổi (CSET) thuộc Đại học Georgetown (Mỹ) còn khẳng định mức độ độc quyền của hãng lên tới 95%.
Sự ngạc nhiên tiếp tục nối dài với Toto – thương hiệu vốn được mặc định gắn liền với các thiết bị vệ sinh cao cấp. Bằng việc làm chủ công nghệ vật liệu gốm tinh vi, Toto đã phát triển thành công hệ thống Electrostatic Chuck (ESC) chuyên dụng. Hệ thống này sử dụng lực tĩnh điện từ chất liệu gốm đặc biệt để giữ chặt các phiến đĩa silicon (wafer) bên trong buồng xử lý của các nhà máy sản xuất chip. Chuyên trang Tom’s Hardware ghi nhận rằng, giải pháp ESC của Toto yêu cầu độ ổn định nhiệt động học cực kỳ khắt khe, tạo ra một rào cản công nghệ khổng lồ ngăn cản các đối thủ bám đuổi. Nhờ đó, hãng thiết bị vệ sinh này gần như một mình một ngựa trong việc cung cấp giải pháp giữ wafer cho dây chuyền sản xuất chip nhớ NAND và các quy trình đúc (fab) tiên tiến khác.
Trong khi đó, ở lĩnh vực gia cường cấu trúc vật lý, Nittobo (một doanh nghiệp có bề dày lịch sử trong ngành dệt và vật liệu sợi) lại vươn lên trở thành "cứu tinh" cho các nhà sản xuất chip AI. Sản phẩm chủ lực của hãng là T-glass – một loại vải sợi thủy tinh siêu mịn sở hữu hệ số giãn nở nhiệt (CTE) cực thấp. Vật liệu này được dùng để gia cường bên trong chất nền (substrate) bán dẫn, mang lại độ cứng cáp vượt trội, giúp ngăn chặn tình trạng cong vênh và tăng cường độ ổn định cơ học trong quá trình đóng gói chip đa lớp.
Quy trình cung ứng diễn ra vô cùng khép kín: Nittobo cung cấp sợi thủy tinh cho các tập đoàn hóa chất nội địa như Resonac và Mitsubishi Gas Chemical để ép thành tấm phủ đồng (CCL). Những tấm CCL này tiếp tục được các công ty như Ibiden và Unimicron chế tác thành chất nền cao cấp, phục vụ trực tiếp cho việc đóng gói siêu chip AI của Nvidia hay AMD. Chia sẻ với Nikkei Asia vào năm ngoái, một giám đốc cấp cao của Unimicron đã nhấn mạnh rằng độ cứng của T-glass là yếu tố mang tính quyết định để đạt được tỷ lệ sản xuất chip AI thành công. Tờ The Wall Street Journal cũng xác nhận Nittobo hiện gần như là nhà cung cấp duy nhất trên toàn cầu cho loại vật liệu chiến lược này.
Trạm gác quang học và quyền lực hóa chất
Bước vào sâu bên trong các phân xưởng quang khắc vi mạch siêu cực tím (EUV) – nơi những đường mạch có kích thước chỉ vài nanomet được vẽ lên phiến silicon – vai trò của người Nhật càng trở nên không thể thay thế. Lasertec Corporation (thành lập năm 1960 tại Yokohama) hiện đang là "trạm gác" bắt buộc của mọi nhà sản xuất bán dẫn hàng đầu thế giới. Công ty này độc quyền 100% thị phần toàn cầu về hệ thống thiết bị soi lỗi mặt nạ quang học (photomask) bằng tia EUV. Theo chuyên trang EEWorld, để sản xuất thành công những dòng chip dưới tiến trình 5 nanomet, khả năng phát hiện ra những lỗi kỹ thuật dù là nhỏ nhất bằng thiết bị quang học của Lasertec mang ý nghĩa sống còn đối với toàn bộ dây chuyền.
Đi đôi với ánh sáng EUV là hóa chất cảm quang (photoresist) – loại "mực in" siêu tinh khiết được phủ lên phiến đĩa trước khi máy quang khắc bắt đầu làm việc. Lĩnh vực nhạy cảm này hiện đang nằm trong tay JSR Corporation cùng một số "đồng hương" Nhật Bản. Tầm quan trọng của khối tài sản hóa học này lớn đến mức vào năm 2023, Chính phủ Nhật Bản đã phải trực tiếp can thiệp và hậu thuẫn quỹ đầu tư quốc gia Japan Investment Corporation (JIC) mua lại JSR nhằm bảo vệ an ninh kinh tế quốc gia trước nguy cơ bị thâu tóm từ các thế lực bên ngoài (theo nhận định từ tạp chí MDPI).
Tuy nhiên, hóa chất tốt vẫn cần đến một "nghệ nhân" để bôi phủ hoàn hảo. Đó là lúc Tokyo Electron (TEL) xuất hiện. Dù là một tập đoàn thiết bị quy mô khổng lồ, nhưng vai trò sinh tử của công ty trong khâu bôi chất cảm quang và rửa phiến đĩa (Coater/Developer) đôi khi ít được dư luận chú ý tới. Theo dữ liệu từ Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Quốc tế (SEMI), các cỗ máy của Tokyo Electron kết hợp chặt chẽ với hệ thống quang khắc EUV để tạo thành một dây chuyền không thể tách rời, chiếm lĩnh gần như toàn bộ thị phần máy bôi phủ cho công nghệ in thạch bản tiên tiến nhất hiện nay.
Từ phôi silicon nguyên thủy đến vi mạch hoàn thiện
Toàn bộ nền tảng của ngành công nghiệp vi mạch đều bắt nguồn từ những phiến đĩa silicon (wafer). Tại đây, liên doanh Sumco (giữa Sumitomo Metal Industries và Mitsubishi Materials) cùng với Shin-Etsu Chemical đang tạo lập một thế gọng kìm vững chắc khi kiểm soát từ 60% đến 70% thị trường wafer silicon tinh khiết toàn cầu (theo báo cáo của MarketsandMarkets). Sumco chuyên cung cấp những tấm wafer đường kính 300 mm đạt độ nguyên chất lên tới mức 99,999999999% (chuẩn 11 số 9), đòi hỏi trình độ luyện kim và hóa học cực kỳ khắt khe. Mọi "gã khổng lồ" đúc chip như TSMC, Samsung hay Intel đều phải phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nguyên liệu thô chiến lược này.
Ở giai đoạn hậu kỳ (hậu fab), khi tấm wafer cần được cắt gọt thành từng con chip đơn lẻ, Disco Corporation lại chứng tỏ sự vô đối của mình. Hãng cung cấp tổ hợp thiết bị xử lý công đoạn cuối bao gồm: mài (grinding) làm giảm độ dày đĩa, đánh bóng (polishing) tạo bề mặt phẳng mịn đạt chuẩn nguyên tử, và cắt (dicing) với độ sai số chỉ vài micromet. Báo cáo độc lập từ Bloomberg ghi nhận Disco đang nắm giữ hơn 80% thị phần thiết bị cắt và mài wafer trên toàn cầu. Sự chính xác và hiệu suất ổn định của thiết bị Disco có tác động trực tiếp tới tỷ lệ lỗi và chi phí sản xuất cuối cùng, giúp hãng duy trì vị thế bất khả xâm phạm trong ngách thị trường này.
Song song đó, Daifuku lại dẫn đầu thế giới trong việc cung cấp giải pháp vận chuyển nội bộ tinh vi bên trong các phòng sạch. Hệ thống Cleanway bằng xe điện của hãng giúp vận chuyển các hộp lưu trữ wafer kín (FOUP) di chuyển giữa các máy móc mà không làm phát sinh bụi. Bánh xe của hệ thống này được chế tạo từ vật liệu đặc biệt để đảm bảo môi trường vô trùng tuyệt đối cho các phiến đĩa (theo ghi nhận từ Nikkei Asia).
Cuối cùng, trước khi bất kỳ linh kiện nào được xuất xưởng và hàn lên bo mạch, chúng bắt buộc phải vượt qua "cửa ải" kiểm tra tự động (ATE) do Advantest thiết lập. Theo TechInsights, máy móc của Advantest có khả năng đo đếm các tín hiệu điện tử ở tốc độ pico-giây (tương đương 10^-12 giây), đóng vai trò bảo chứng chất lượng tuyệt đối cho hàng tỷ vi mạch không chứa lỗi logic hay bộ nhớ trước khi đến tay người tiêu dùng.
Bên cạnh những "ông trùm" kể trên, bức tranh quyền lực ngầm của Nhật Bản còn được tô điểm bởi vô số những cái tên xuất sắc khác. Đó là Tanaka Precious Metals với nguồn cung vật liệu kim loại quý; Ebara thống trị công nghệ đánh bóng cơ học hóa học (CMP); Screen Holdings chuyên thiết bị làm sạch wafer; Kokusai Electric cung cấp thiết bị lắng đọng màng mỏng; hay Hamamatsu Photonics dẫn đầu về cảm biến quang và thiết bị đo lường độ chính xác cao. Tất cả cùng nhau tạo nên một hệ sinh thái khép kín, biến Nhật Bản thành một "yết hầu" không thể bị thay thế trong kỷ nguyên công nghệ số toàn cầu.
#Cuộcchiếnbándẫn
