Sự thiếu hụt chip báo hiệu nhu cầu về sáng tạo trong ngành bán dẫn

Ee Huei Sin là Chủ tịch bộ phận Giải pháp ngành điện tử tại Keysight Technologies

Chuỗi cung ứng sản xuất điện tử toàn cầu đang đối mặt với những khó khăn thách thức lớn nào?

Năm 2022, thế giới kỷ niệm 75 năm ngày bóng bán dẫn và 65 năm ngày mạch tích hợp ra đời. Từ đó đến nay, chúng ta đã tiến hóa từ một khối khuếch đại duy nhất lên thành một tấm wafer với 3000 bóng bán dẫn vào những năm 1970 cho tới tiến trình nanomet có thể đưa 50 tỷ bóng bán dẫn lên một con chip có kích thước chỉ bằng đầu ngón tay. Trong 35 năm qua, giá trị thị trường bán dẫn đã tăng từ hơn 30 tỷ USD lên hơn 600 tỷ USD, tạo ra hàng triệu cơ hội việc làm.

Ngành công nghiệp bán dẫn đang tràn trề sự lạc quan. Chính phủ các nước, các nhà sản xuất chip, các nhà cung cấp thiết bị và vật liệu đang đầu tư hàng tỷ USD vào lĩnh vực này. Để trở thành ngành công nghiệp trị giá 1000 tỷ USD vào năm 2030 như đã được dự đoán, lĩnh vực này cần phải nhân đôi quy mô. Với những nguồn vốn được Đạo luật U.S. CHIP khơi thông, các văn bản pháp luật tương đương của Châu Âu và Nhật Bản hướng tới phát triển những phương thức hợp tác đổi mới sáng tạo, cởi mở cho nghiên cứu phát triển và đầu tư vốn để tăng cường các chuỗi cung ứng.

Khu vực Đông Á sản xuất tới 75% lượng sản phẩm bán dẫn toàn cầu, trong đó hơn 90% các loại chip tiên tiến nhất được chế tạo tại Đài Loan và Hàn Quốc. Tuy nhiên, thị trường bán dẫn đã thể hiện sự bất ổn của mình trong vài năm qua khi phải đối mặt với những khó khăn thách thức trong chuỗi cung ứng.

Khi đầu tư toàn cầu đang diễn ra liên tục với tốc độ rất cao, những khó khăn thách thức trong việc vượt qua tình trạng thiếu hụt, đáp ứng nhu cầu nhân lực và phát triển chuỗi cung ứng bền vững và có khả năng chống chịu - cũng như giải quyết các vấn đề địa chính trị toàn cầu, có lẽ vẫn sẽ tiếp tục kéo dài sang năm 2024.

Điều gì đang thúc đẩy sự tăng trưởng?

Trên cơ sở tăng trưởng nhu cầu về dữ liệu tốc độ cao, chúng tôi quan sát thấy nhu cầu dữ liệu còn cao hơn nữa của các ứng dụng trong tương lai. Internet vạn vật (IoT), xe tự lái và quá trình triển khai các mạng 5G và mạng 6G trong thời gian tới sẽ tiếp tục tạo ra nhu cầu khổng lồ về dữ liệu tốc độ cao.

Ngoài ra, trong tương lai, các ứng dụng mới hiện còn chưa được phát minh sẽ tạo ra nhu cầu lớn hơn nữa về băng thông, kèm theo đó là nhu cầu về linh kiện bán dẫn tiên tiến để hỗ trợ các công nghệ mới này. Những ứng dụng mới này có thể bao gồm các thế giới ảo trong metaverse, hoặc những ứng dụng mà chúng ta chưa hình dung ra.

Cần làm gì để đáp ứng nhu cầu tương lai?

Yếu tố then chốt là đổi mới sáng tạo. Bất kể phát triển hạ tầng điện thoại di động thế hệ tiếp theo hay thế hệ xe tự lái tiếp theo, các nhà sản xuất sẽ cần đến các giải pháp thiết kế, giả lập và đo kiểm thế hệ tiếp theo để đo kiểm chất lượng và hiệu năng - và chính các giải pháp này cũng cần đến các công nghệ bán dẫn mạnh hơn, đa dạng hơn và khác biệt hơn.

Các công nghệ thông minh, tích hợp có thể giúp khách hàng kiểm thử và đo lường các nhu cầu bằng cách tạo điều kiện cho người dùng kiểm thử các thiết bị thế hệ tiếp ngay từ giai đoạn phát triển sản phẩm. Hãy cùng xem xét một ví dụ về trạm gốc 5G phụ được trang bị các bộ khuếch đại để truyền tín hiệu tới điện thoại. Để đo kiểm chính xác tiếng ồn và tính tuyến tính của bộ khuếch đại, giá trị từng tham số của các hệ thống kiểm thử và đo lường phải cao hơn mười lần so với giá trị tham số tương ứng của thiết bị cần đo.

Quá trình số hoá toàn cầu, xử lý phân tán đúng lúc với thông lượng cao và độ trễ thấp trên các con chip tuỳ biến và các công cụ tính toán, và các công nghệ mới như quang tử silic, sóng milimet (mmWave) và các thiết bị công suất cao đang tiếp tục thúc đẩy tăng trưởng trong sản xuất bán dẫn.

Để mở đường cho những đổi mới sáng tạo công nghệ trong tương lai, cần tạo ra những bước đột phá trong các quá trình kiểm thử và đo lường. Vì vậy, việc chế tạo các sản phẩm bán dẫn tùy biến sẽ đóng vai trò then chốt trong việc đáp ứng nhu cầu thị trường tương lai về các sản phẩm điện tử có độ phức tạp cao, và trong những năm tiếp theo, các đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực chế tạo chip sẽ phải đi trước quá trình phát triển và đưa các sản phẩm mới cũng như các giải pháp thế hệ tiếp theo ra thị trường. Tự thiết kế chế tạo chip cũng là một phương pháp đảm bảo để các công nghệ đo kiểm đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất về chất lượng và hiệu năng.