Cơn khát AI vượt tốc độ xây nhà máy chip

Nhu cầu AI đang tăng nhanh hơn tốc độ mà ngành bán dẫn có thể mở rộng toàn bộ chuỗi sản xuất. Vì thế, việc TSMC triển khai gần 20 nhà máy — gồm 13 nhà máy tại Đài Loan và 5–6 nhà máy ở nước ngoài theo kế hoạch được nêu — tuy rất lớn, vẫn chưa đủ để xóa ngay tình trạng khan hiếm công suất trong ngắn hạn. Vấn đề là AI không chỉ cần thêm wafer từ các fab tiên tiến; nó còn cần đóng gói cao cấp, bộ nhớ, thiết bị chuyên dụng, điện nước và lực lượng lao động phù hợp. 5

Xây thêm fab không đồng nghĩa có ngay thêm máy chủ AI

Mỗi bộ tăng tốc AI cần chip logic tiên tiến, đóng gói CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) và lượng lớn bộ nhớ chuyên dụng cho trung tâm dữ liệu. Các khâu này phải tăng công suất đồng bộ. Nếu wafer có thêm nhưng CoWoS hoặc bộ nhớ vẫn thiếu, số hệ thống AI hoàn chỉnh có thể giao cho khách hàng vẫn bị giới hạn. 5

CoWoS đặc biệt khó mở rộng vì đây là công đoạn tích hợp chính xác cao, nhạy với tỷ lệ thành phẩm đạt chuẩn, dùng để liên kết chip logic với bộ nhớ trong các gói AI. TSMC dự báo công suất CoWoS tăng trưởng kép hằng năm trên 80% giai đoạn 2022–2027, cho thấy đây là điểm nghẽn được đầu tư mạnh nhưng cũng rất khó mở rộng nhanh. 4

Hạn chế không chỉ là máy móc, mà còn là người và hạ tầng

TSMC cho biết tình trạng thiếu công nhân xây dựng là một thách thức đối với quá trình mở rộng ở Arizona, Mỹ. Dự án tại đây đang triển khai nhiều fab cùng một cơ sở, trong đó fab thứ hai chuẩn bị lắp đặt thiết bị, fab thứ ba đang xây dựng và công tác chuẩn bị cho fab thứ tư cùng cơ sở đóng gói tiên tiến đầu tiên đã bắt đầu. 2

Tại Đài Loan, TSMC cũng cảnh báo về thiếu nhân lực kỹ năng cao và lo ngại nguồn nước. Ngành chip tại đây thường nhắc đến “năm thiếu hụt”: nước, điện, lao động, đất và nhân tài. Khi nhiều dự án fab được triển khai cùng lúc, các dự án phải cạnh tranh gay gắt hơn để có đội xây dựng, kỹ sư, nhà cung ứng, điện năng và đất công nghiệp. 1

AI có thể giúp nhà máy cải thiện kiểm soát quy trình, nâng mức sử dụng thiết bị, phát hiện lỗi, rút ngắn quá trình học hỏi về tỷ lệ thành phẩm và tối ưu lịch sản xuất. Nhưng các cải tiến này chủ yếu giúp khai thác tốt hơn thiết bị đã lắp đặt; chúng không thay thế được phòng sạch, máy móc, điện nước và lao động cần cho công suất vật lý mới.

Bộ nhớ có thể là nút thắt kéo dài nhất

Lãnh đạo SK Group nhận định cung wafer toàn ngành đang thấp hơn nhu cầu hơn 20% và cần ít nhất 4–5 năm để xây dựng thêm năng lực, nên thiếu hụt có thể kéo dài tới khoảng năm 2030. 56

Áp lực không chỉ ở wafer mà còn ở bộ nhớ hiệu năng cao cho trung tâm dữ liệu AI. Khi các nhà cung cấp tăng công suất, họ vẫn phải trải qua thời gian xây dựng, lắp thiết bị, kiểm định và đưa sản phẩm đạt chuẩn vào sản xuất hàng loạt. SK Group đang xem xét thêm các khoản đầu tư bộ nhớ ở nước ngoài, bao gồm khả năng xây nhà máy tại Nhật Bản, đồng thời để ngỏ hợp tác sản xuất chung và nghiên cứu-phát triển với Kioxia. Đây mới là các phương án đang được xem xét, chưa phải cam kết đầu tư đã công bố. 9

Triển vọng lớn, nhưng dự báo không phải điều chắc chắn

SEMI dự báo thị trường chip toàn cầu có thể vượt 2.000 tỷ USD vào năm 2030 nhờ nhu cầu hạ tầng AI, trong đó gồm chip logic tiên tiến, bộ nhớ băng thông cao và ổ cứng SSD cho doanh nghiệp. 10 Tuy nhiên, đây là dự báo của ngành chứ không phải kết quả chắc chắn. Trước đó, TSMC ước tính thị trường bán dẫn toàn cầu sẽ vượt 1.500 tỷ USD vào năm 2030. Chênh lệch giữa các dự báo cho thấy quy mô thị trường vẫn phụ thuộc lớn vào nhu cầu AI, giá bán và tốc độ tháo gỡ các nút thắt về sản xuất. 4

Tóm lại, gần 20 fab mới có thể làm nguồn cung tăng đáng kể trong vài năm tới, nhưng không thể là “nút bấm” giải quyết thiếu chip. Trong chuỗi cung ứng AI, khâu mở rộng chậm nhất — có thể là CoWoS, bộ nhớ, điện nước, thiết bị hay nhân lực — sẽ quyết định số lượng hệ thống cuối cùng có thể được giao ra thị trường.