Sau các lệnh hạn chế công nghệ từ Mỹ, nhiều doanh nghiệp bán dẫn Trung Quốc chuyển hướng sang công nghệ xếp chồng 3D và đóng gói tiên tiến để phát triển chip AI trong bối cảnh khó tiếp cận máy quang khắc EUV.
Trong làn sóng này, hàng loạt startup và tập đoàn bán dẫn nội địa đồng loạt đầu tư vào kiến trúc 3D, với kỳ vọng thu hẹp khoảng cách công nghệ với các đối thủ hàng đầu thế giới.
Công nghệ xếp chồng 3D trở thành hướng đi mới của ngành chip Trung Quốc
Ngày 4/7, sau hai năm hoạt động kín tiếng, Dongfang Suanxin chính thức ra mắt website và các tài khoản mạng xã hội. Thành lập từ tháng 5/2024, công ty định vị mình là doanh nghiệp điện toán AI phát triển hệ sinh thái chip tự chủ với hai hướng trọng tâm gồm Chip được định nghĩa bằng phần mềm (Software-defined Chip) và Kiến trúc tính toán gần bộ nhớ 3D (3D Near-Memory Computing).
Trong đó, Software-defined Chip cho phép phần cứng được tái cấu hình hoặc nâng cấp chức năng thông qua phần mềm sau khi sản xuất. Còn 3D Near-Memory Computing đưa các lớp bộ nhớ lên sát hoặc chồng trực tiếp lên vi xử lý, rút ngắn quãng đường truyền dữ liệu để giảm độ trễ và cải thiện hiệu quả năng lượng.
Theo AIFun, Dongfang Suanxin do giáo sư Wei Shaojun sáng lập, hiện có khoảng 500 nhân viên cùng các trung tâm nghiên cứu tại 7 thành phố, bao gồm Bắc Kinh và Thâm Quyến. ChinaFund cho biết startup này đã hoàn tất hai vòng gọi vốn, đạt mức định giá 1,7 tỷ USD.
Sản phẩm đầu tiên của công ty là DF1000 - bộ tăng tốc AI hiệu năng cao dựa trên kiến trúc tính toán gần bộ nhớ 3D, hỗ trợ huấn luyện và suy luận cho các mô hình trí tuệ nhân tạo quy mô lớn.
Huawei và nhiều doanh nghiệp thúc đẩy chiến lược chip 3D
Động thái của Dongfang Suanxin diễn ra không lâu sau khi Huawei công bố hướng phát triển chip dựa trên Định luật Mở rộng Tau. Thay vì tiếp tục thu nhỏ transistor theo Định luật Moore, Huawei lựa chọn cách "gấp" mạch 2D thành cấu trúc 3D để giảm thời gian truyền tín hiệu và dữ liệu, đồng thời không cần sử dụng máy quang khắc EUV.
Theo NBC News, thông báo của Huawei thu hút nhiều sự chú ý. Có ý kiến gọi đây là "khoảnh khắc DeepSeek" của ngành chip, trong khi CEO Nvidia Jensen Huang đánh giá kiến trúc mới mà Huawei theo đuổi là một "bước đột phá", dù chưa tạo ra mối đe dọa ngay lập tức.
Theo SCMP, trước các biện pháp kiểm soát xuất khẩu của Mỹ và khó tiếp cận máy quang khắc EUV, Trung Quốc đang chuyển trọng tâm từ cuộc đua tiến trình sản xuất sang kiến trúc chip 3D và công nghệ đóng gói tiên tiến.
Các giải pháp như hybrid-bonding, chiplet và 3D stacking được kỳ vọng giúp tăng mật độ tính toán, băng thông cũng như hiệu suất năng lượng trong giai đoạn được gọi là "kỷ nguyên hậu định luật Moore".
Huawei cho biết công nghệ LogicFolding có thể giúp tổng số transistor tăng gấp đôi, nâng mật độ transistor thêm 50% và cải thiện hiệu suất năng lượng 40% mà vẫn không cần thiết bị EUV. Theo công ty, giải pháp này còn mở ra khả năng sản xuất chip 3 nm bằng tiến trình 7 nm.
Hàng loạt doanh nghiệp Trung Quốc tham gia cuộc đua
Không chỉ Huawei và Dongfang Suanxin, nhiều doanh nghiệp bán dẫn Trung Quốc cũng đang phát triển các công nghệ tương tự.
YMTC là doanh nghiệp đầu tiên giới thiệu công nghệ hybrid-bonding trong lĩnh vực bộ nhớ NAND, còn CXMT thúc đẩy phát triển DRAM 3D. Theo Tom's Hardware, YMTC đang chuyển giao công nghệ này cho CXMT, trong khi Huawei thiết lập liên minh công nghệ với cả hai.
PanDaily cho biết Tsingway phát triển chip AI thế hệ mới dựa trên công nghệ xếp chồng dị thể 3.5D; Suanmiao Technology hoàn tất thiết kế chip A4E TokenPU với 8 lớp bộ nhớ xếp chồng trên lớp logic; Lingchuan Technology đã đưa chip 3D SL200 vào Alibaba Cloud, Baidu Cloud và Bilibili.
Ngoài ra, Unisplendour, Intellifusion, JCET và TongFu cũng đầu tư vào nhiều giải pháp liên quan đến kiến trúc 3D, hybrid-bonding và đóng gói bán dẫn tiên tiến.
Theo Global X China Semiconductor ETF, nếu các công nghệ này thành công, doanh nghiệp bán dẫn Trung Quốc có thể thu hẹp hoặc ít nhất duy trì khoảng cách với Mỹ thay vì tiếp tục bị nới rộng.
Công nghệ chip 3D vẫn đối mặt nhiều thách thức
Dù kỳ vọng lớn, ngành bán dẫn Trung Quốc vẫn còn nhiều rào cản.
Hiện năng lực sản xuất hàng loạt của các doanh nghiệp trong nước chủ yếu dừng ở tiến trình 7 nm, trong khi TSMC đặt mục tiêu sản xuất hàng loạt chip 1,4 nm từ năm 2028. Huawei tuyên bố có thể tạo chip 3 nm vào năm 2028 và chip 1,4 nm vào năm 2031 nhờ công nghệ 3D, nhưng mục tiêu này vẫn cần được kiểm chứng.
Theo bà He Tingbo, phụ trách mảng bán dẫn của Huawei, hướng tiếp cận mới đòi hỏi phải phát triển bộ công cụ thiết kế phù hợp với Định luật Mở rộng Tau, đồng thời giải quyết bài toán tản nhiệt cho các chip xếp chồng nhiều lớp.
ICwise nhận định việc xếp nhiều lớp hoạt động khiến mật độ nhiệt có thể tăng gấp 5-10 lần. Ngoài ra, quá trình chuyển từ thiết kế 2D sang 3D cũng đòi hỏi các công cụ thiết kế chuyên dụng - lĩnh vực mà Trung Quốc vẫn còn hạn chế.
Empyrean Technology cho biết đã phát triển hệ thống thiết kế mạch tích hợp 3D nhưng chưa công bố chiến lược triển khai cụ thể. Theo ICwise, ngay cả khi công nghệ hoàn thiện, việc đạt tỷ lệ sản xuất thương mại với chip xếp chồng ba hoặc bốn lớp vẫn là thách thức rất lớn.
Trong bối cảnh đó, nhiều doanh nghiệp bán dẫn Trung Quốc vẫn bày tỏ sự lạc quan, đồng thời kêu gọi chính phủ tăng cường chính sách hỗ trợ và đào tạo nhân lực. Phát biểu tại một hội nghị ở Thâm Quyến hồi tháng 6, Wei Shaojun cho rằng ngành bán dẫn trong nước còn rất phân mảnh khi 87% công ty thiết kế chip có quy mô dưới 100 nhân viên, vì vậy cần thêm cơ chế ưu đãi để thúc đẩy phát triển công nghệ mới và thu hút nhân tài.
