ASML Holding NV đã nhận được cam kết từ các nhà sản xuất chip hàng đầu về việc đưa các thiết bị sản xuất bán dẫn mới nhất của hãng vào ứng dụng, đồng thời khởi động thỏa thuận diện rộng nhằm đáp ứng nhu cầu tăng vọt đối với công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) mạnh mẽ hơn.

Samsung Electronics và Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) có kế hoạch lần lượt bắt đầu áp dụng thiết bị quang khắc High NA EUV của công ty Hà Lan này vào quy mô sản xuất hàng loạt từ năm 2028 và từ năm 2030, nối gót Intel trong việc vận hành những hệ thống có mức giá lên tới 400 triệu USD mỗi chiếc. Samsung là nhà sản xuất chip nhớ hàng đầu, trong khi TSMC đứng đầu trong lĩnh vực gia công chip theo yêu cầu cho các đối tác như Nvidia Corp. và Apple Inc.

Bốn tập đoàn cũng đã thống nhất về một bước chuyển dịch mang tính kỹ thuật sâu nhưng vô cùng then chốt trong định dạng công nghệ áp dụng cho mặt nạ quang (photomask), một thành phần cốt lõi trong sản xuất bán dẫn. Nhóm có kế hoạch chuyển đổi từ tiêu chuẩn mặt nạ quang 6 inch hiện tại sang phiên bản 12 inch, với mục tiêu nâng cao năng suất và giảm chi phí trong bối cảnh toàn ngành đua nhau đáp ứng nhu cầu AI đang gia tăng mạnh mẽ. Mặt nạ quang có nguyên lý tương tự như các bản khắc gỗ dùng để in nhiều lần một hình ảnh, chỉ khác là chúng dùng ánh sáng để in các mẫu mạch lên phiến silicon (wafer).

Dù việc chuyển đổi sang kích thước mặt nạ lớn hơn từ lâu đã được xem là phức tạp và tốn kém, sự hợp tác đồng bộ này hứa hẹn mang lại lợi ích to lớn cho hoạt động sản xuất chip. Công nghệ mới có thể giúp tăng sản lượng của các dòng máy High NA lên 40%, đồng thời đơn giản hóa quy trình thiết kế, theo ông Marco Pieters, giám đốc Công nghệ tại ASML.

“Đó là một cơ hội khổng lồ, và dĩ nhiên đồng nghĩa với một bước tiến vượt bậc về năng suất,” ông Pieters phát biểu trong một cuộc phỏng vấn.

ASML hiện là công ty duy nhất trên thế giới có khả năng sản xuất thiết bị quang khắc cực tím sâu (EUV), dòng máy bắt buộc phải có để chế tạo các bộ tăng tốc AI tiên tiến nhất cùng các loại chip tương tự. Hãng ra mắt dòng máy Low NA EUV vào năm 2019 và đã liên tục làm việc với các khách hàng để chuyển sang sử dụng các dòng máy High NA phức tạp hơn.

TSMC, tập đoàn sở hữu các nhà máy gia công chip cho hàng loạt đối tác từ Nvidia, Advanced Micro Devices Inc. (AMD) đến Qualcomm, từng tỏ ra thận trọng trong việc áp dụng hệ thống máy móc đắt đỏ hơn này, với lý do chi phí bỏ ra chưa tương xứng với mức tăng năng suất thu về.

Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, TSMC sẽ triển khai các hệ thống High NA dựa trên mặt nạ 6 inch hiện hành bắt đầu từ năm 2030. Hai công ty hướng tới xây dựng một dây chuyền thử nghiệm sản xuất mặt nạ 12 inch vào năm 2031, nằm trong lộ trình đưa kỹ thuật này vào vận hành thực tế cùng các công cụ High NA vào năm 2033, theo công bố vào hôm thứ Ba.

“TSMC luôn tin tưởng vào sức mạnh của sự hợp tác nhằm vượt qua các rào cản kỹ thuật trước khi chúng trở thành rào cản kinh tế đối với ngành công nghiệp bán dẫn,” tổng giám đốc Điều hành C.C. Wei khẳng định trong bản công bố.

Samsung, đơn vị cũng cung cấp dịch vụ gia công chip logic và là một trong những nhà sản xuất chip nhớ lớn nhất thế giới, dự kiến bắt đầu ứng dụng các cỗ máy High NA của ASML cho bộ nhớ máy tính vào năm 2028. Tập đoàn Hàn Quốc sẽ “phối hợp chặt chẽ với các đối tác trong ngành để phát triển các công nghệ mặt nạ cần thiết cùng hạ tầng hỗ trợ,” theo một tuyên bố riêng.

Tình trạng thiếu hụt chip nhớ trên toàn cầu do nhu cầu cực lớn từ các đơn vị vận hành trung tâm dữ liệu AI đang đẩy giá thành lên cao trên toàn ngành điện tử.

Intel, bên đã tiếp nhận các cỗ máy High NA trong nỗ lực chuyển đổi từ mô hình chỉ sản xuất chip nội bộ sang nhà cung cấp dịch vụ gia công chip, cho biết họ đã sẵn sàng cung ứng lợi thế công nghệ này tới các khách hàng tiềm năng. Hãng đã tham gia đóng góp vào lộ trình chuyển đổi sang mặt nạ kích thước lớn hơn trong hơn ba năm qua.

Việc TSMC nối lại cam kết với các công cụ chế tạo chip tân tiến đóng vai trò sống còn đối với sự tăng trưởng của ASML. Tập đoàn Đài Loan đóng góp khoảng 16% doanh thu cho ASML, theo dữ liệu tổng hợp bởi Bloomberg. Các cam kết ngày càng gia tăng từ Samsung và Intel đồng nghĩa với việc cả ba khách hàng lớn nhất của công ty Hà Lan đều đã đồng thuận tham gia vào bước chuyển mình này.

“Đây là một bước tiến lớn đối với việc đưa công nghệ High NA vào quy mô sản xuất thương mại hàng loạt,” ông Pieters của ASML nhận định. “Đây là mốc thời điểm quan trọng khi các khách hàng nhận thấy rõ lợi ích của các hệ thống này so với các chiến lược đa mẫu.”

Khách hàng kỳ vọng số lượng lớp mạch đòi hỏi công nghệ High NA sẽ gia tăng khi họ tiến lên các thế hệ sản xuất chip tiếp theo, ông Pieters cho biết. Do đó, “họ cũng nhận thấy cơ hội rõ ràng từ việc mở rộng kích thước mặt nạ.”

Quang khắc là quy trình sử dụng ánh sáng để khắc các họa tiết lên vật liệu được phủ trên các đĩa silicon. Các họa tiết đó sau đó được lấp đầy bằng các vật liệu khác để tạo thành các bóng bán dẫn và các đường kết nối giúp thiết bị vận hành, chủ yếu là xử lý và lưu trữ dữ liệu. Cuộc đua thu nhỏ các linh kiện này của ngành bán dẫn đã buộc các nhà sản xuất thiết bị phải khám phá những kỹ thuật ngày càng phức tạp. Các hệ thống tiên tiến nhất của ASML sử dụng tia cực tím sâu làm nguồn sáng, một loại ánh sáng không tồn tại tự nhiên trên Trái Đất.

Giới hạn từ loại mặt nạ 6 inch vốn được sử dụng suốt nhiều thập kỷ qua đã buộc ngành công nghiệp phải thỏa hiệp, làm chậm lại đà cải tiến ở các thành phần cốt lõi trong các máy tính trung tâm dữ liệu AI. Do không thể mở rộng kích thước của từng con chip riêng lẻ, các công ty đã phải tìm đến giải pháp xếp chồng chip theo chiều dọc và áp dụng các cấu trúc kết nối phức tạp, những phương án làm tăng thêm chi phí cũng như độ phức tạp trong quy trình chế tạo và triển khai chip.