Vì sao Trung Quốc kém xa Mỹ trong lĩnh vực bán dẫn: Câu chuyện về "kẻ bắt chước" đại tài không thể copy tính sáng tạo

Thập niên 60, Trung Quốc đã có trong tay cơ hội để vươn lên dẫn đầu trong ngành công nghiệp bán dẫn mới ở thời kỳ sơ khai, nhưng những biến động chính trị cùng quyết sách sai lầm đã khiến quốc gia này phải ôm hận cho tới tận ngày hôm nay.

12:30 23/09/2019

Trung Quốc ngày nay đã có thể tự mình đạt được thành quả cao trong sản xuất điện hạt nhân, đưa người lên vũ trụ hay dẫn đầu trong nhiều lĩnh vực liên quan tới trí tuệ nhân tạo.

Nhưng khi nói đến sản xuất chất bán dẫn, quốc gia này vẫn bị tụt lại phía sau và buộc phải chi tiêu ngày càng nhiều hơn cho việc nhập khẩu chip cho các thiết bị điện tử, PC và cả thiết bị quân sự.

Một phần bởi thiết kế và sản xuất chất bán dẫn là một ngành kinh doanh nổi tiếng về độ phức tạp. Nó liên quan đến hàng thập kỷ kinh nghiệm chuyên môn và luôn đòi hỏi độ chính xác cực cao. Dù chỉ là một lỗi nhỏ, hàng tỷ USD tiền đầu tư có thể bốc hơi trong nháy mắt.

Trên thực tế, Trung Quốc từ lâu đã nhận thức được sự cần thiết phải phát triển một ngành công nghiệp bán dẫn mạnh mẽ của riêng mình. Nhưng cuộc chiến thương mại gần đây với Mỹ, vốn dựa trên các đe dọa cắt đứt quyền truy cập quan trọng vào các thành phần linh kiện điện tử công nghệ quan trọng của các công ty Mỹ, đã khiến tình hình ngày càng thêm khẩn cấp.

Việc Mỹ đưa Huawei vào danh sách đen công nghệ hồi tháng 5 vì lý do an ninh quốc gia và lệnh cấm ZTE vì vi phạm thỏa thuận trừng phạt Iran, có thể nói là một đòn "điểm huyệt" chuẩn xác. Bởi vì sự phụ thuộc của Trung Quốc vào Mỹ trong lĩnh vực bán dẫn, là yếu điểm hay lỗ hổng mà các nhà lãnh đạo Trung Quốc chưa thể khắc phục cũng như có biện pháp đối phó ngay lập tức.

"Đổi mới công nghệ là gốc rễ sự sống đối với các doanh nghiệp", Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình nói trong chuyến thăm tỉnh Giang Tây hồi tháng 5, theo hãng thông tấn nhà nước Tân Hoa Xã. "Chỉ khi chúng ta sở hữu tài sản trí tuệ và công nghệ cốt lõi của riêng mình, thì chúng ta mới có thể sản xuất các sản phẩm có khả năng cạnh tranh cốt lõi và sẽ không bị đánh bại trong bối cảnh tăng cường cạnh tranh".

Nhưng điều mà nhiều người có thể không nhận ra là vào những năm 1960, trong thời kỳ đầu của công nghệ bán dẫn, Trung Quốc đã có thời điểm tiếp cận rất sát so với Mỹ. Khoảng cách này thậm chí gần tới mức mà quốc gia Đông Á có cơ hội để dẫn đầu ngành công nghiệp đầy triển vọng này.

Tuy nhiên, sự kết hợp giữa biến động chính trị và chiến lược công nghiệp sai lầm đã khiến Trung Quốc, sau nhiều thập kỷ nỗ lực, vẫn tụt lại phía sau.

IC là một "bộ sưu tập" các linh kiện điện tử được chế tạo trên một mảnh vật liệu bán dẫn duy nhất, được phát minh vào năm 1958 bởi một kỹ sư của hãng Texas Instruments tên là Jack Kilby. Trước khi phát minh ra nó, các kỹ sư phải tự nối các linh kiện điện tử với nhau cho từng thiết bị, điều khiến cho những chiếc máy vi tính thời kỳ đầu thường to bằng cả một căn phòng.

Các mạch tích hợp của Kilby đã giải quyết vấn đề này, bằng cách cho phép các thiết bị điện tử được thu nhỏ. Việc này giúp giảm chi phí và cho phép con người sử dụng các thiết bị điện tử phức tạp trong các khu vực đòi hỏi yêu cầu cao về trọng lượng và không gian, như trong máy bay hoặc tàu vũ trụ.

Trung Quốc đã nhận thức rất sớm và đầy đủ về tầm quan trọng của việc làm chủ công nghệ IC, ngay cả khi quốc gia này chưa có ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng. Bởi các nhà lãnh đạo nước này đã nhận ra sự quan trọng của nó với ngành công nghiệp quốc phòng.

Chỉ 8 năm sau khi phát minh và 3 năm sau khi các mạch IC đầu tiên được tung ra thị trường ở Mỹ, Trung Quốc đã tạo ra mạch IC của riêng mình vào năm 1965. Thành công này đặt Trung Quốc vượt lên so với các đối thủ khác như Đài Loan và Hàn Quốc. Cả hai quốc gia này đều chưa bắt đầu phát triển ngành công nghiệp bán dẫn tại thời điểm đó.

Tuy nhiên, hơn 50 năm sau, Trung Quốc vẫn đang đuổi theo phía sau Mỹ, Hàn Quốc và Đài Loan về công nghệ bán dẫn.

Sau vài thập kỷ và hàng tỷ USD đầu tư, chỉ có 16% chất bán dẫn được sử dụng ở Trung Quốc ngày nay được sản xuất trong nước. Năm ngoái, Trung Quốc đã nhập khẩu số chip trị giá 312 tỷ USD để đáp ứng nhu cầu quốc nội, vượt quá số tiền chi cho dầu mỏ.

Và khi đám mây chiến tranh thương mại tiếp tục bao phủ và ngày càng dày đặc âm u, Bắc Kinh đã một lần nữa tăng cường kêu gọi các doanh nghiệp trong nước khả năng tự sản xuất, cung cấp các công nghệ cốt lõi như chất bán dẫn. Mục tiêu nhắm tới là sản xuất 40% chất bán dẫn cần thiết vào năm 2020 và 70% vào năm 2025.

Nhưng trong lĩnh vực bán dẫn, công nghệ tiên tiến cứ sau hai năm lại trở nên lỗi thời. Các nhà phân tích ước tính rằng Trung Quốc có thể phải mất một thập kỷ trước khi ngang hàng với các đối thủ. Do đó, một số người đã đề nghị Trung Quốc nên tập trung sức mạnh hiện có vào nỗ lực phát triển trí tuệ nhân tạo (AI) và những con chip đặc biệt để xử lý dữ liệu cho các ứng dụng AI.

Nhưng, Trung Quốc rốt cuộc đã phung phí cơ hội như thế nào để tới mức bỏ lỡ việc trở thành một trong những quốc gia hàng đầu của ngành công nghiệp bán dẫn, được định giá gần 500 tỷ USD hiện nay?

Các cuộc phỏng vấn với các chuyên gia trong ngành và các học giả đã chỉ ra sự hợp lưu của nhiều yếu tố, bao gồm biến động chính trị từ Cách mạng Văn hóa ở Trung Quốc, đã tạo ra bước đi sai lầm đầu tiên. Hậu quả của sự kiện chính trị này là việc khiến Trung Quốc thiếu đi lượng lớn nhân sự có chuyên môn.

"Trong nhiều năm, Trung Quốc đã bị lầm lạc bởi ý tưởng rằng tất cả những gì họ thiếu chỉ là thiết bị, để sản xuất ra một thế hệ mới của công nghệ chế tạo chất bán dẫn", Jackson Hu, CEO từ năm 2003 đến 2008 của hãng sản xuất vi mạch Đài Loan UMC chia sẻ. "Họ nhấn mạnh tầm quan trọng của đầu tư thiết bị, nhưng sự thật thì thiết bị chỉ là một trong những điều kiện cần".

Trong những năm đầu tiên, Trung Quốc chỉ đơn giản là không thể nhận ra việc làm thế nào để phát triển các công nghệ sản xuất chất bán dẫn. Ông Hu tin rằng sự thiếu tài năng và kinh nghiệm của Trung Quốc là lý do chính cho việc này.

"Tôi bắt đầu học trung học vào năm 1967 tại Đài Loan, đó là khoảng thời gian Cách mạng Văn hóa bắt đầu", ông nói trong một cuộc phỏng vấn. "Vì vậy, đối với những thanh niên Trung Quốc ở độ tuổi của tôi, họ đã lãng phí 10 năm cuộc đời và chỉ khi cuộc cách mạng kết thúc, họ mới có thể quay lại học hết cấp ba và sau đó học đại học".

Theo Hu, điều này dẫn đến một thế hệ tài năng kỹ thuật Trung Quốc bị mất đi, trong khi các nước như Mỹ và Nhật Bản đã đi trước với các nghiên cứu và phát triển về chất bán dẫn. Đến năm 1978, hai năm sau khi Cách mạng Văn hóa kết thúc, Hu đã nhận bằng tiến sĩ khoa học máy tính và bắt đầu làm việc tại Thung lũng Silicon, nơi lúc đó đã có hơn 100 công ty bán dẫn.

Sự thiếu hụt kỹ năng này vẫn tồn tại ở Trung Quốc, ngay cả khi nước này mở cửa nền kinh tế và tăng gấp đôi nỗ lực nhằm thúc đẩy ngành công nghiệp bán dẫn vào những năm 1990 với Dự án 908.

Theo Dự án 908, chính phủ Trung Quốc đã chi 2 tỷ nhân dân tệ (khoảng 280 triệu USD ngày nay) - để xây dựng một nhà máy chế tạo chip thuộc Tập đoàn Huajing, một đơn vị thuộc sở hữu nhà nước. Nó được chỉ định để trở thành "nhà vô địch" cấp quốc gia, giúp thúc đẩy nền sản xuất chất bán dẫn của Trung Quốc phát triển.

Lucent Technologies được chọn là đối tác nước ngoài chính cho dự án chuyển giao công nghệ của Huajing. Công ty Mỹ này có nhiều kinh nghiệm, không chỉ cung cấp công nghệ xử lý mà còn cả thư viện thiết kế để giúp công ty Trung Quốc có thể tự thiết kế ra những con chip của riêng mình.

Nhưng bất chấp sự giúp đỡ của Lucent, các kỹ sư của công ty Trung Quốc đã không biết nên thiết kế sản phẩm nào và nhà máy chế tạo luôn trong tình trạng trống rỗng vì không có gì để sản xuất. Về cơ bản, nhà máy này chỉ thiết kế đảo ngược những thứ đã có trên thị trường (Kỹ nghệ đảo ngược là quá trình tìm ra các nguyên lý kỹ thuật của một phần mềm ứng dụng hay thiết bị cơ khí qua việc phân tích cấu trúc, chức năng và hoạt động của nó). Cứ như vậy, Dự án 908 đầy tham vọng sau đó được coi là một thất bại.

Monique Chu, một giảng viên về chính trị Trung Quốc tại Đại học Southampton kiêm tác giả của cuốn sách "Cuộc chiến chip máy tính Đông Á" cho biết: "Việc 'trồng người' cần có thời gian và quá trình phát triển công nghệ bản địa không thể hoàn thành chỉ sau một đêm".

Cuối cùng, mặc dù có rất nhiều tiền, Trung Quốc vẫn không thể có một danh mục tài sản trí tuệ đáng kể trong lĩnh vực mạch tích hợp.

Trở lại đầu những năm 2000, khi bắt đầu sự nghiệp, nhà thiết kế chip Trung Quốc Alex Chen đã gia nhập một công ty bán dẫn có tên là Vimicro. Công ty mới nổi được thành lập năm 1999 tại Zhongguancun, làng công nghệ cao được ví như Thung lũng Silicon ở Bắc Kinh. Vimicro được thành lập bởi một nhà khoa học Trung Quốc, người đã trở về từ Thung lũng Silicon của Mỹ và đây cũng là liên doanh được chính phủ Trung Quốc đứng sau hậu thuẫn.

Truyền thông địa phương ca ngợi Vimicro là công ty sẽ chấm dứt lịch sử "không thể tạo ra chip" của Trung Quốc. Mọi thứ có vẻ đầy hứa hẹn.

Nhưng sự ra mắt của Vimicro trên Nasdaq vào năm 2005 đã không đi theo kế hoạch. Cổ phiếu của nó chỉ có giá 10 USD, thấp hơn mười lần so với con số mà Chen dự kiến. Ước mơ độc lập về tài chính của anh cũng vì thế mà tan biến.

"Sau đó, tôi nhận ra rằng thứ công nghệ bán dẫn mà Trung Quốc gọi là tự phát triển, thực ra chỉ được coi là công nghệ cấp thấp ở phương Tây", Chen nói. Sau đó, anh đã từ bỏ quyền lựa chọn cổ phiếu của mình, từ chức ở Vimicro và ra đi để tìm kiếm cơ hội tốt hơn trong các công ty công nghệ chip tiên tiến.

Hiện Chen đang làm việc cho một công ty bán dẫn hàng đầu của Mỹ, là nhà cung cấp linh kiện chính cho Huawei, cho đến khi các lệnh cấm gần đây của Mỹ được ban hành.

Tất nhiên, không phải mọi nỗ lực của chính quyền Trung Quốc đều không có kết quả. Tập đoàn sản xuất chất bán dẫn quốc tế (SMIC) có trụ sở tại Thượng Hải, được thành lập năm 2000, là một ví dụ. Nó được thành lập bởi Richard Chang - hiện được gọi là "cha đẻ" của ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc - đã góp phần tạo ra các bước tiến đáng kể trong ngành chế tạo chất bán dẫn trong nước.

Nhưng sau đó, Trung Quốc vẫn tụt lại phía sau Hàn Quốc và Đài Loan.

Công ty sản xuất chất bán dẫn Đài Loan (TSMC) - hiện là nhà máy chế tạo chip độc lập lớn nhất thế giới - được thành lập vào cuối những năm 1980. Ngày nay, TSMC đứng đầu về công nghệ sản xuất quy trình bán dẫn. Là một đơn vị chế tạo độc lập, TSMC sản xuất chip dựa trên các thiết kế được cung cấp bởi khách hàng của mình. Hiện tại, các công ty như TSMC và Samsung của Hàn Quốc đã sản xuất ra chip 7 nanomet (nanomet bằng một phần tỷ mét), cũng như đang lên kế hoạch chuyển đổi sang công nghệ 5 nanomet.

Công nghệ bán dẫn thường tuân theo Định luật Moore, cho thấy số lượng bóng bán dẫn trên một inch vuông trên IC sẽ tăng gấp đôi cứ sau hai năm. Điều này nghĩa là chip sẽ trở nên nhỏ hơn nhưng mạnh hơn và hiệu quả hoạt động tốt hơn.

Quay trở lại với SMIC thì mặc dù là một trong năm xưởng chế tạo bán dẫn hàng đầu thế giới, công ty này mới chỉ bắt đầu sản xuất chip 14nm trong năm nay. Điều đó có nghĩa là nó đi sau ba thế hệ - hoặc ít nhất 6 năm - so với các đối thủ.

Lĩnh vực bán dẫn không phải là cuộc chơi mà chỉ cần lắm tiền và nỗ lực là có thể thành công.

Trong một nỗ lực đổi mới, năm 2014, Trung Quốc đã thành lập Quỹ đầu tư công nghiệp mạch tích hợp quốc gia (còn gọi là Big Fund), huy động 138,7 tỷ nhân dân tệ (gần 20 tỷ USD) để đầu tư vào các công ty bán dẫn trong nước. Các nhà đầu tư của Big Fund bao gồm SMIC, ZTE Microelectronics và Tsinghua Unigroup.

Douglas Fuller, một giáo sư tại Đại học Thành phố Hồng Kông, hoài nghi đây là mô hình do nhà nước Trung Quốc lập ra.

"Có một sự điên cuồng trong việc xây dựng các nhà máy chế tạo trên khắp Trung Quốc. Nhưng chúng ta cần hỏi liệu tất cả những thứ này có khả thi hay không", ông Fuller nói. "Mọi thứ có thể sẽ kết thúc khi xây dựng quá nhiều, nhưng lại có quá ít người đủ điều kiện để vận hành".

"Trung Quốc có thể đang làm việc chăm chỉ để giải quyết một vấn đề không tồn tại", theo Jimmy Goodrich, phó chủ tịch chính sách toàn cầu tại Hiệp hội Công nghiệp bán dẫn ở Mỹ. Đây là một tập đoàn thương mại có trụ sở tại Washington DC, đại diện cho tiếng nói của ngành công nghiệp bán dẫn Mỹ.

Theo Goodrich, Trung Quốc không thể - và không nên cố gắng - để nâng cao chuỗi cung ứng toàn cầu trong lĩnh vực chất bán dẫn.

"Điện thoại thông minh, máy tính xách tay, PC, TV - một tỷ lệ lớn các thiết bị điện tử này được lắp ráp tại Trung Quốc. Trong thực tế, những gì đang xảy ra là hơn một nửa số chất bán dẫn đến Trung Quốc đã được tái xuất ra bên ngoài", Goodrich nói. "Vì vậy, không chính xác đối với một số nhà hoạch định chính sách ở Trung Quốc khi nói rằng có sự thâm hụt rất lớn về chip".

Chip AI có thể là ánh sáng ở cuối đường hầm đối với Trung Quốc.

Tập đoàn Alibaba Group, Baidu và Horizon Robotics đã nghiên cứu và phát triển chipset AI để sử dụng trong mọi thứ, từ ôtô tự lái đến thiết bị IoT, dự kiến ​​sẽ cất cánh với sự ra đời của mạng di động siêu nhanh 5G.

Quốc gia đông dân nhất thế giới này cũng có quyền truy cập vào lượng dữ liệu khổng lồ, thứ mà các công ty công nghệ có thể sử dụng để đào tạo các thuật toán cho học máy, thị giác máy tính và công nghệ xử lý ngôn ngữ tự nhiên. Điều này ngược lại có thể giúp các công ty thiết kế chip có thể tối ưu hóa chúng nhằm thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của AI.

Hơn thế nữa, Định luật Moore ít liên quan đến chip AI vì công nghệ này phụ thuộc nhiều vào hiệu quả của các mô hình xử lý dữ liệu hơn là sức mạnh của chính con chip.

"Thuật toán và thiết lập tiêu chuẩn là các yếu tố chính trong việc thiết kế chip AI tiên tiến. Trung Quốc không còn bị giới hạn bởi nhiều yếu tố như trước", ông Hu, cựu giám đốc điều hành của UMC nói.

Ông cũng chỉ ra vai trò lãnh đạo của tập đoàn Huawei, trong công nghệ AI và 5G: "Theo hiểu biết của tôi thì Huawei đã tạo ra những con chip nhanh hơn một số công ty Mỹ".

Tham khảo SCMP