Bị loại khỏi chuỗi cung ứng bán dẫn tiên tiến của Mỹ từ năm 2019, tập đoàn Trung Quốc buộc phải tái thiết toàn bộ nền tảng công nghệ chip trong điều kiện thiếu vắng các công cụ cốt lõi. Ở trung tâm của quá trình này là bà Hà Đình Ba (He Tingbo), người phụ trách mảng bán dẫn, nhân vật vốn kín tiếng nhưng đang dần trở thành gương mặt đại diện cho nỗ lực tự chủ công nghệ của Huawei.

Tại một hội nghị bán dẫn ở Thượng Hải, bà Hà lần đầu trình bày chi tiết về hướng đi mới của công ty. Huawei cho biết họ đang xây dựng một phương pháp thiết kế và phát triển chip dựa trên cách tiếp cận hoàn toàn khác so với mô hình truyền thống của ngành. Thay vì tiếp tục phụ thuộc vào việc thu nhỏ tiến trình sản xuất, công ty tập trung vào tối ưu hóa kiến trúc hệ thống và luồng dữ liệu trong toàn bộ cấu trúc chip.

Trọng tâm của chiến lược này là một khung lý thuyết mới mang tên Định luật Tau, hay còn được nội bộ gọi là Định luật của Hà. Cách tiếp cận này dựa trên giả định rằng hiệu năng tính toán có thể được cải thiện bằng cách rút ngắn thời gian di chuyển của dữ liệu trong hệ thống, từ cấp độ mạch cho tới toàn bộ kiến trúc điện toán. Đây là một sự dịch chuyển trọng tâm so với định luật Moore vốn gắn liền với mật độ bóng bán dẫn.

Bà Hà mô tả giai đoạn đầu sau khi Huawei bị hạn chế tiếp cận công nghệ Mỹ là thời kỳ đầy bế tắc. Tuy vậy, thay vì theo đuổi hướng giải quyết dựa trên việc khôi phục chuỗi cung ứng cũ, công ty chuyển sang cách nhìn mới, coi các giới hạn hiện tại như một điều kiện thiết kế bắt buộc. Cách tiếp cận này tạo ra một lộ trình phát triển dựa trên khả năng thích ứng với ràng buộc thay vì phụ thuộc vào sự mở rộng của công nghệ chế tạo.

Một trong những kết quả quan trọng nhất của hướng đi này là công nghệ LogicFolding. Giải pháp này tổ chức lại cấu trúc của chip theo chiều dọc, tích hợp các lớp logic số, mạch tương tự và bộ nhớ trong một không gian xếp chồng. Cách thiết kế này tạo ra mật độ kết nối cao hơn, đồng thời giảm độ trễ truyền dữ liệu giữa các thành phần.

Huawei cho biết LogicFolding đã giúp tăng đáng kể mật độ bóng bán dẫn trên các dòng chip Kirin mới, với mức cải thiện hơn 50% trong một số cấu hình. Các chip này dự kiến được đưa vào thế hệ điện thoại cao cấp tiếp theo của hãng, trước khi mở rộng sang các nền tảng điện toán AI và máy chủ.

Thông tin về bước tiến này lập tức tạo ra phản ứng mạnh trên thị trường chứng khoán Trung Quốc. SMIC, đối tác sản xuất chip chính của Huawei, ghi nhận mức tăng giá cổ phiếu mạnh trong nhiều phiên liên tiếp, phản ánh kỳ vọng vào sự phát triển của hệ sinh thái bán dẫn nội địa.

Dù vậy, giới phân tích đặt ra câu hỏi về khả năng mở rộng của mô hình mới. Huawei khẳng định phương pháp thiết kế này có thể hoạt động mà không phụ thuộc vào công nghệ quang khắc EUV, loại thiết bị hiện đại nhất trong ngành chip. EUV hiện được sản xuất độc quyền bởi ASML của Hà Lan và đã bị hạn chế xuất khẩu sang Trung Quốc.

Theo bà Hà, ngành công nghiệp chip đang tiến gần tới giới hạn vật lý của công nghệ quang khắc. Chi phí sản xuất ngày càng tăng, trong khi hiệu quả cải thiện theo tiến trình thu nhỏ đang chậm lại. Vì vậy, việc tiếp tục dựa hoàn toàn vào tiến trình nanomet nhỏ hơn mang lại hiệu suất biên giảm dần.

Trong khi các công ty như TSMC, Intel và Samsung tiếp tục mở rộng đầu tư vào tiến trình sản xuất tiên tiến, Huawei lựa chọn một hướng khác. Công ty tập trung vào kiến trúc hệ thống, tối ưu hóa hiệu năng từ cách dữ liệu được xử lý và di chuyển trong chip. Cách tiếp cận này giúp giảm sự phụ thuộc vào giới hạn vật lý của thiết bị sản xuất.

Bà Hà cho biết các công cụ thiết kế tự động EDA cần được xây dựng lại để tương thích với kiến trúc mới. Đây là một trong những thách thức lớn nhất, vì EDA là nền tảng trung gian quan trọng trong toàn bộ quy trình thiết kế chip hiện đại. Bên cạnh đó, vấn đề tiêu thụ điện năng và tản nhiệt cũng trở thành yếu tố quyết định khi mật độ tính toán tăng lên.

Quá trình phát triển mô hình mới kéo dài sáu năm, với sự tham gia của hàng nghìn kỹ sư từ nhiều bộ phận khác nhau trong Huawei và hệ sinh thái đối tác. Công ty xây dựng một chuỗi phối hợp bao gồm thiết kế, sản xuất, phần mềm và các nhà cung cấp công cụ hỗ trợ.

Bà Hà gia nhập Huawei từ cuối thập niên 1990, xuất thân là kỹ sư viễn thông và vật lý. Bà từng giữ nhiều vị trí quan trọng trong HiSilicon, đơn vị thiết kế chip của Huawei, trước khi trở thành người đứng đầu mảng bán dẫn của tập đoàn. Dưới sự dẫn dắt của bà, Huawei phát triển danh mục chip trải rộng từ Kirin cho thiết bị di động, Kunpeng cho máy chủ và Ascend cho AI.

Trước khi chịu các biện pháp trừng phạt, Huawei từng là khách hàng lớn thứ hai của TSMC, chỉ sau Apple. Sau khi bị cắt quyền tiếp cận công nghệ Mỹ, công ty chuyển sang phụ thuộc nhiều hơn vào các nhà sản xuất nội địa như SMIC, đồng thời thúc đẩy quá trình xây dựng chuỗi cung ứng bán dẫn trong nước của Trung Quốc.

Sự thay đổi này phản ánh một xu hướng rộng hơn trong nền kinh tế công nghệ Trung Quốc, nơi ưu tiên tự chủ công nghệ trong các lĩnh vực chiến lược ngày càng tăng. Trong bối cảnh đó, chiến lược bán dẫn của Huawei vừa mang tính phòng thủ vừa mang tính tái cấu trúc dài hạn.

Tuy nhiên, Huawei cũng thừa nhận rằng hệ sinh thái cho mô hình thiết kế mới vẫn chưa hoàn chỉnh. Các công cụ EDA cần được tái thiết kế toàn diện, trong khi năng lực sản xuất hàng loạt với hiệu suất ổn định vẫn là thách thức lớn. Đây là yếu tố quyết định khả năng thương mại hóa của toàn bộ kiến trúc mới.

Một vấn đề khác nằm ở năng lượng và nhiệt lượng. Khi mật độ tính toán tăng lên, mức tiêu thụ điện và lượng nhiệt sinh ra cũng tăng tương ứng, tạo áp lực lên hạ tầng trung tâm dữ liệu. Điều này đòi hỏi các giải pháp quản lý năng lượng và làm mát hiệu quả hơn.

Bà Hà thừa nhận Huawei vẫn tồn tại khoảng cách so với các công ty dẫn đầu toàn cầu, tuy nhiên khoảng cách này đang thu hẹp dần theo từng thế hệ sản phẩm. Công ty kỳ vọng các dòng chip AI thế hệ mới sẽ đóng vai trò thử nghiệm quan trọng cho kiến trúc thiết kế mới trước khi mở rộng sang các dòng sản phẩm khác trong thập niên tới.

Trong khi đó, ngành bán dẫn toàn cầu cũng đang chuyển dịch. Các tập đoàn lớn như TSMC, Intel và Nvidia tăng cường đầu tư vào công nghệ đóng gói và tích hợp nhiều chip trong cùng hệ thống, nhằm vượt qua giới hạn của thu nhỏ vật lý. Xu hướng này cho thấy ngành chip đang bước vào giai đoạn cạnh tranh dựa trên kiến trúc hệ thống nhiều hơn là chỉ dựa vào tiến trình sản xuất.

Trong bối cảnh đó, Huawei theo đuổi một mô hình song song, vừa xây dựng năng lực nội địa, vừa thử nghiệm hướng đi kiến trúc riêng. Nếu mô hình này thành công, nó có thể mở ra một hướng phát triển mới cho ngành bán dẫn Trung Quốc, giảm phụ thuộc vào các nút thắt công nghệ toàn cầu. Ngược lại, rủi ro về sản xuất và hệ sinh thái có thể khiến quá trình mở rộng gặp nhiều hạn chế.

Dù kết quả cuối cùng vẫn chưa được định đoạt, cuộc cạnh tranh trong ngành chip đã vượt ra ngoài phạm vi kỹ thuật thuần túy. Đây là cuộc cạnh tranh về mô hình công nghiệp, về cấu trúc chuỗi cung ứng và về khả năng thích ứng với các giới hạn địa chính trị.

Huawei đang đặt cược vào một giả định lớn rằng hiệu năng tính toán có thể được nâng lên thông qua kiến trúc hệ thống, ngay cả khi điều kiện sản xuất bị giới hạn. Nếu giả định này được chứng minh trong thực tế sản xuất quy mô lớn, ngành bán dẫn toàn cầu có thể bước vào một chu kỳ cạnh tranh mới, nơi giá trị không chỉ được tạo ra từ công nghệ chế tạo mà còn từ cách tổ chức toàn bộ hệ thống tính toán.