ĐIỂM TỬ HUYỆT TRUNG QUỐC – CÔNG NGHỆ BÁN DẪN
Tác giả: Tôn Thất Thông
Giữa năm 2018, TT Trump ban hành đạo luật cấm các công ty ở Mỹ cung cấp sản phẩm điện tử cho Hoa Vi (Huawei) và một số hãng khác của Trung Quốc. Dường như hiệu quả của lệnh cấm không cao, cho nên tháng 5.2020, Mỹ nới rộng lệnh cấm đến tất cả các công ty khác trên thế giới đang sử dụng công cụ, thiết bị hoặc bản quyền sở hữu trí tuệ của Mỹ, các công ty đó cũng bị ràng buộc bởi lệnh cấm năm 2018. Có phải đó là cuộc bao vây toàn diện, một độc chiêu điểm vào tử huyệt của Trung Quốc? Không bàn vào tính chất chính trị của quyết định nói trên và những thiệt hại mà nền kinh tế Mỹ sẽ cùng gánh, bài viết sau đây tìm cách lý giải hậu quả nào Trung Quốc sẽ hứng chịu.
***
Vài dòng về công nghệ bán dẫn
Bán dẫn (Semiconductor) là gì? Nó quan trọng thế nào? Bán dẫn là loại vật liệu không thể thiếu được trong mọi sản phẩm điện tử ngày nay. Trong tiền bán thế kỷ 20, các sản phẩm điện tử đều có vật liệu chủ đạo là đèn chân không (Vacuum tubes), vừa nặng nề, kích thước lớn, năng suất không cao và tiêu thụ nhiều điện năng. Nhưng kể từ 1959, khi Transistor được đưa vào sản xuất hàng loạt, chất bán dẫn đã chấm dứt kỷ nguyên đèn chân không và mở đầu một cuộc cách mạng có một không hai trong công nghiệp điện tử kéo dài tới hôm nay và chi phối sự phát triển của mọi lĩnh vực công nghệ khác.
Từ thập niên 1960, dựa trên nguyên lý hoạt động của transistor nhị nguyên, người ta bắt đầu nghiên cứu và sản xuất IC (Integrated Circuit), tạm dịch là mạch tích hợp thế hệ một, cũng thường được gọi là Chip. Mỗi IC lớn bằng đốt ngón tay chứa hàng chục hoặc hàng trăm transistor để thực hiện một hoặc nhiều chức năng tiêu chuẩn được thiết kế. Vài loại IC tiêu biểu: cổng tín hiệu, flip-flop, máy đếm, v.v.. Nhờ công nghệ IC, máy tính hiện đại năng suất cao ra đời. Mô hình IBM-360 là gia đình máy tính nổi tiếng lúc đó, chiếm ngự thị trường thế giới suốt hai thập niên 1960 và 1970. Kể từ đây, người ta đổ xô vào việc nghiên cứu ứng dụng chất bán dẫn trong các IC với chức năng ngày càng phức tạp, tổng hợp ngày càng nhiều transistor trong một linh kiện và tiêu thụ ngày càng ít năng lượng.
Sáng kiến đầu tiên là chế tạo các Chip vạn năng trong đó chứa sẵn một loạt các linh kiện cơ bản; chúng có thể được kết nối với nhau để biến đổi chức năng bằng chương trình theo yêu cầu đặc thù của khách hàng, đó là những FPGA (Field-programmable Gate Array). Sản phẩm này đã giúp các công ty nhỏ có thể sử dụng công nghệ cao cấp để chen chân vào thị trường, cạnh tranh với các tập đoàn lớn. Tuy nhiên, FPGA chỉ phù hợp cho những ứng dụng đặc biệt với số lượng nhỏ (thí dụ tối đa vài chục ngàn chiếc), hoặc tạm thời sử dụng nó để thử nghiệm chức năng của các sản phẩm mẫu (Prototype).
Để sản xuất hàng loạt với số lượng cao và giá thành hạ, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) là lời giải tốt nhất, nhưng cũng tốn kém nhất để đầu tư trong thời gian thiết kế thử nghiệm, cho nên chỉ có những tập đoàn lớn với phương tiện tài chánh dồi dào và nhiều chuyên gia lành nghề mới có thể đi vào hoạt động đầy rủi ro này. Kể từ đây, một nghề nghiệp mới được phát sinh, qui tụ chuyên gia thượng thặng của ngành điện tử, đó là ASIC Designer. ASIC cũng là bước phát triển cao nhất của công nghệ bán dẫn và chi phối xu hướng phát triển ngành điện tử thế giới. Thống kê từ 1970 đến 2018 cho biết, trung bình cứ hai năm, mức độ tổng hợp của ASIC tăng lên gấp đôi [xem Wikipedia, Moore’s Law] với lượng tiêu thụ điện năng giảm xuống hơn một nửa. Nếu trong thập niên 1980, ASIC còn sử dụng công nghệ sản xuất Chip ở độ chính xác micro mét, thì bây giờ, hãng nào không nắm vững công nghệ chính xác dưới 10 nano mét thì không có cơ hội cạnh tranh trên thị trường. Các ứng dụng quan trọng nhất và cũng phức tạp nhất hiện nay là CPU (Central Processing Unit), bộ nhớ (Memory) và các SoC (System on a Chip), tức là các Chip hàm chứa cả CPU, bộ nhớ và các chức năng điều khiển khác được tổng hợp trong một linh kiện duy nhất. Ứng dụng quen thuộc nhất của SoC là smartphone. Chúng ta hãy so sánh máy tính IBM-360 ở thập niên 1960, dù lớn bằng một toa xe lửa, nhưng năng lực tính toán của nó còn thua xa một smartphone bỏ túi mà chúng ta đang dùng hàng ngày.
Nói tóm tắt, không có một ngành nào hiện nay không sử dụng sản phẩm điện tử. Và không có sản phẩm điện tử nào mà không hàm chứa các Chip bán dẫn ngày càng cao cấp. Công nghệ bán dẫn đang và sẽ còn chi phối sự phát triển lâu dài của mọi ngành công nghệ thế giới. Hậu quả của việc cấm vận sản phẩm bán dẫn đối với Liên Xô và các xứ Đông Âu trong hậu bán thế kỷ 20 cũng cho chúng ta một cái nhìn tương đối về tầm quan trọng của chúng: sự tụt hậu của các quốc gia đó gắn liền với khả năng tiếp cận rất hạn chế đến công nghệ bán dẫn mà chủ yếu là máy tính điện tử.