Kim cương nhân tạo lột xác thành vật liệu bán dẫn: Nước cờ chiến lược của Huawei, Intel và các tập đoàn công nghệ

Cơ hội tỷ USD từ làn sóng AI và hạ tầng bán dẫn

Trước áp lực cạnh tranh gay gắt khiến giá bán bốc hơi mạnh, các nhà sản xuất kim cương nhân tạo đang tìm kiếm một con đường sinh lời mới. Tại nhà máy Jiaruifu do doanh nhân Feng Canjun điều hành, dù 70% trong tổng số 2 triệu carat kim cương nhân tạo sản xuất mỗi năm vẫn đang phục vụ ngành trang sức, tỷ trọng này đang được điều chỉnh lại. Kế hoạch đến năm 2030 sẽ nâng tỷ trọng sản phẩm vật liệu chức năng lên hơn 50% và giảm mảng trang sức xuống mức tối đa 30%. Manan Goenka, quản lý dự án tại công ty tư vấn Ken Research nhận định quá trình chuyển đổi này có ý nghĩa quyết định đối với toàn ngành và sẽ định hình lại chuỗi cung ứng công nghệ.

Động lực chính thúc đẩy sự chuyển dịch xuất phát từ sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo kéo theo nhu cầu khổng lồ về năng lực xử lý của các trung tâm dữ liệu. Báo cáo năm 2025 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự báo mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu toàn cầu sẽ tăng hơn gấp đôi vào năm 2030, chạm mốc 945 terawatt giờ, tương đương tổng lượng điện tiêu thụ hằng năm của Nhật Bản. Lượng điện năng khổng lồ này sinh ra mức nhiệt rất cao, đòi hỏi các giải pháp tản nhiệt tiên tiến. Kim cương nhân tạo, với đặc tính dẫn nhiệt vượt trội, được giới phân tích đánh giá là giải pháp tối ưu để làm mát các thiết bị điện tử tiên tiến và hệ thống điện toán lượng tử.

Các tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới đã bắt đầu rót vốn vào lĩnh vực này. Tại Trung Quốc, Huawei và TSMC đang tích cực nghiên cứu ứng dụng kim cương nhân tạo để làm mát chip xử lý. Hãng công nghệ Lenovo cũng vừa giới thiệu một mẫu máy tính xách tay ứng dụng vật liệu tản nhiệt bằng đồng kim cương. Tại thị trường Mỹ, Lip Bu Tan, Giám đốc điều hành Intel, đã dùng tài sản cá nhân đầu tư vào Diamond Foundry, một nhà sản xuất đang phát triển các tấm kim cương chất lượng cao phục vụ trực tiếp cho ngành bán dẫn. Gần đây nhất vào đầu tháng 10, công ty quản lý nhiệt Frore Systems của Mỹ cũng tung ra hệ thống làm mát nhiều tầng LiquidJet Diamond có tích hợp bộ phận phân tán nhiệt bằng kim cương.

Hoạt động nghiên cứu và thiết lập chuỗi cung ứng mới đang diễn ra trên quy mô toàn cầu. Tháng 6 vừa qua, Element Six, công ty kinh doanh vật liệu tiên tiến thuộc De Beers cùng đối tác Orbray từ Nhật Bản công bố sản xuất thành công các tấm wafer kim cương đơn tinh thể kích thước 3 inch và chuẩn bị mở rộng sản xuất tại bang Oregon của Mỹ. Tại châu Âu, Chính phủ Tây Ban Nha cam kết giải ngân 753 triệu euro vào nhà máy của Diamond Foundry tại Trujillo để xây dựng cơ sở sản xuất chất nền kim cương quy mô lớn đầu tiên tại khu vực này.

Cuộc đua thâu tóm chuỗi cung ứng vật liệu chiến lược

Trung Quốc hiện nắm giữ khoảng 50% nguồn cung kim cương nhân tạo toàn cầu, với trung tâm sản xuất lớn nhất đặt tại tỉnh Hà Nam. Riêng khu vực này đã chiếm khoảng 80% tổng sản lượng của cả nước. Bằng cách sử dụng các hệ thống máy móc khổng lồ mô phỏng điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, các nhà máy có thể tạo ra 120 carat kim cương thô chỉ trong 6 ngày. Hệ thống 550 cỗ máy tại nhà máy Jiaruifu giúp sản lượng hằng năm đạt 2 triệu carat vào năm 2025, tương đương khoảng 9% tổng sản lượng kim cương của tập đoàn De Beers.

Tuy nhiên, việc mở rộng công suất quá nhanh đã khiến giá kim cương nhân tạo lao dốc, buộc các doanh nghiệp Trung Quốc phải tái cơ cấu. Các báo cáo tài chính chỉ ra biên lợi nhuận gộp của kim cương phục vụ ngành trang sức chỉ dao động từ 30% đến 40%, trong khi các sản phẩm kim cương ứng dụng trong công nghiệp có thể mang lại biên lợi nhuận xấp xỉ 50%. Để đón đầu xu hướng, doanh nghiệp Henan Liliang Diamond đã phê duyệt kế hoạch chuyển 1 tỷ NDT, tương đương 149,18 triệu USD vốn đầu tư ban đầu sang một dự án phát triển kim cương chức năng hoàn toàn mới.

Sự trỗi dậy của kim cương chức năng đang biến vật liệu này trở thành một quân bài chiến lược mới trong thương mại quốc tế, tương tự như đất hiếm hay công nghệ sản xuất chip tiên tiến. Bắc Kinh đang từng bước đưa công nghệ sản xuất kim cương nhân tạo vào phạm vi kiểm soát xuất khẩu, áp đặt các quy định hạn chế đối với những loại máy móc và linh kiện cốt lõi. Từ năm 2024, một số sản phẩm kim cương nhân tạo đã được đưa vào danh mục kiểm soát, dù việc thực thi các biện pháp dự kiến áp dụng trong năm 2025 đã được hoãn lại một năm theo thỏa thuận thương mại với Mỹ.

Nghiên cứu từ Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba chứng minh các mô đun tản nhiệt bằng đồng kim cương có thể giúp cải thiện khả năng truyền nhiệt lên 80% và nâng hiệu suất chip thêm 10%. Dù việc ứng dụng làm chất bán dẫn trực tiếp vẫn cần nhiều thời gian để hoàn thiện quy trình kiểm soát độ tinh khiết, tấm tản nhiệt kim cương đang đe dọa trực tiếp thị phần của các nhà cung cấp vật liệu truyền thống như Henkel của Đức, Dow của Mỹ hay Shin Etsu Chemical của Nhật Bản. Chuyên gia tư vấn Robert Bouquet đánh giá tiềm năng ứng dụng công nghệ của kim cương nhân tạo sẽ vượt xa quy mô 100 tỷ USD mỗi năm của thị trường trang sức bán lẻ truyền thống. Tổng sản lượng kim cương nhân tạo của Trung Quốc được dự báo sẽ đạt 52 triệu carat vào năm 2030, tạo nền tảng vững chắc để nước này chiếm lĩnh thị trường vật liệu chức năng thế hệ mới.