Nguồn 'dầu mỏ' mới đang thay đổi thế giới

Ra mắt năm 2022, cuốn Chip War - The Fight For The World’s Most Critical Technology, đã nằm trong danh sách ăn khách của tờ New York Times. Đây là một cuốn sách công phu hơn 400 trang của Chris Miller, giảng viên lịch sử quốc tế tại Đại học Tuft, Mỹ.

Lịch sử phát triển chip

Tâm điểm chính của cuốn sách là chip, những vi mạch bán dẫn nhỏ, đại diện cho một bước đột phá trong ngành nghiên cứu công nghệ bán dẫn. Chip được cho là "nguồn dầu mới" và là công nghệ quan trọng nhất hiện nay.

Từ tàu vũ trụ, tàu du lịch, tên lửa dẫn đường chính xác cho đến máy tính, điện thoại di động, ôtô, lò vi sóng và máy giặt, tất cả đều dựa vào chip mới có thể hoạt động được. Đi sâu vào loại nguyên liệu quan trọng này, cuốn sách của Miller đã vẽ nên bức tranh về hơn 50 năm phát minh chất bán dẫn, sự phát triển của công nghệ chip qua nhiều năm và cuộc chạy đua của các bên liên quan như Intel (Mỹ), TSMC - Công ty Sản xuất Chất bán dẫn của Đài Loan, SAMSUNG (Hàn Quốc) hay SMIC - Công ty Sản xuất Chất bán dẫn International Corporation (Trung Quốc) trong việc thống trị lĩnh vực bán dẫn tối tân và sinh lợi cao.

Chip War - The Fight For The World’s Most Critical Technology, thuộc danh sách ăn khách của tờ New York Times. Ảnh: The Daily Star.

Câu chuyện hấp dẫn trong Chip War bắt đầu với việc chất bán dẫn được phát minh nhờ nhiều thiên tài khoa học và người đoạt giải Nobel như Walter Houser Brattain, John Bardeen và William Bradford Shockley. Sau đó, cuốn sách mở ra cuộc cách mạng trong ngành bán dẫn khi mạch tích hợp (IC) được Robert Noyce và Jack Kilby phát minh.

Với công nghệ này, Thung lũng Silicon dần được hình thành nhờ sự hợp tác với các học giả của Đại học Stanford, California. Từ đó, một số công ty công nghệ đã được thành lập như Fairchild Semiconductors, Qualcomm, AMD, Nvidia và các công ty khác.

Những bộ óc thông minh nhất thế giới vào thời điểm đó đều bị thu hút đến California, Texas và Massachusetts để làm việc trong ngành công nghiệp bán dẫn. Các nhà vật lý và kỹ sư như Gordon Moore và Giáo sư Carver Meade của Caltech cũng đã hình dung về một kịch bản thế giới thay đổi trong tương lai rất gần, trong đó công nghệ thu nhỏ các bóng bán dẫn sẽ dần được phát triển và đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các thiết bị điện tử hiện đại hơn.

Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Mỹ (NASA) và các đơn vị liên quan trong Bộ Quốc phòng Mỹ đã cung cấp kinh phí gần như không giới hạn cho các nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu suất và tiện ích của chip tại Thung lũng Silicon.

Sự ra đời của các ‘ông lớn’ chip

Tận dụng đà phát triển này, Gordon Moore (cha đẻ của Định luật Moore nổi tiếng) và Robert Noyce (thường được gọi là Thị trưởng Thung lũng Silicon) đã thành lập Intel vào năm 1968 và bắt đầu sản xuất những con chip tiên tiến nhất ở Mỹ vào thời điểm đó.

Sự tối tân trong công nghệ phát triển và sản xuất chip đã buộc nhiều công ty phải tập trung vào việc khai thác hiệu năng từ chip thay vì thành lập các phòng thí nghiệm hoặc xưởng sản xuất chip rất tốn kém. Việc tạo ra một con chip có thể bao gồm hàng trăm thao tác và hàng tháng trời làm việc cật lực. Tuy nhiên, Intel có cơ sở nghiên cứu, sản xuất và chế tạo riêng được gọi là fab. Đây cũng là lý do Intel dần trở thành một “ông lớn” trong ngành bán dẫn. Ngoài Intel, ngày nay, nhiều công ty cũng thường giao việc sản xuất chip cho TSMC và SAMSUNG.

Thung lũng Silicon đánh dấu sự phát triển của ngành chip. Ảnh: Business Insider.

Sự ra đời của TSMC cũng là một câu chuyện đáng chú ý trong tác phẩm này. Morris Chang, từng học tại Harvard, MIT và Stanford, là kỹ sư điện người Mỹ gốc Đài Loan. Ông làm việc tại Texas Instruments và General Instrument Corporation, Mỹ cho đến khi được chính quyền Đài Loan tuyển dụng. Ông được ghi nhận là người sáng lập và xây dựng TSMC vào năm 1987, đồng thời đưa công ty này trở thành một trong tên tuổi sản xuất chip hàng đầu thế giới.

Đến năm 1960, Trung Quốc cũng đã thành lập viện nghiên cứu chất bán dẫn đầu tiên ở Bắc Kinh. 5 năm sau, họ đã sản xuất được IC đầu tiên mà Bob Noyce và Jack Kilby đã tạo ra được khoảng 5 năm trước đó. Cùng thời điểm TSMC được thành lập, Nhậm Chính Phi cũng đã đưa Huawei trở thành một trong những công ty điện tử hàng đầu Trung Quốc.

Một bước tiến nữa trong ngành bán dẫn là các nhà khoa học đã thành công trong việc thu nhỏ bóng bán dẫn và công trình tiên phong của Jim Keller về chip tại Apple, Tesla, AMD và Intel thậm chí còn hướng tới mục tiêu tăng mạnh số lượng bóng bán dẫn để tăng cường hiệu năng hoạt động của chip. Keller thậm chí còn tin rằng mật độ bóng bán dẫn có thể tăng gấp 50 lần. Tuy nhiên, các định luật vật lý đã cho thấy bóng bán dẫn chỉ được thu nhỏ đến một mức độ nhất định và việc tối ưu hóa hiệu năng chip cần nhờ tới nhiều hướng đi khác.

Các công ty khởi nghiệp ngày nay hướng tới tối ưu hóa chip cho các ứng dụng cụ thể. Các công ty công nghệ lớn như Google, Amazon, Microsoft, Apple, Facebook, Alibaba và nhiều công ty khác đang đầu tư mạnh vào nghiên cứu để thiết kế chip của riêng họ cho các mục đích riêng, chẳng hạn như Trí tuệ nhân tạo (AI). Ở quy mô quốc gia, cuốn sách còn hé lộ một chi tiết thú vị là Trung Quốc hiện chi nhiều tiền nhập khẩu chip hơn là mua dầu. Nước này cũng đang đầu tư mạnh cả vào nghiên cứu và sản xuất để có thể tự chủ về sản xuất chip.

Minh Hoa

Ảnh: Paige Fusco