Substrate – Công ty khởi nghiệp muốn “phá vỡ” ngành bán dẫn trị giá nghìn tỷ USD
29/10/25
 |
| Kỹ thuật viên đang cầm một tấm wafer silicon phản chiếu hình ảnh lá cờ Mỹ tại cơ sở của Substrate. |
Tháng 3 vừa qua, trong văn phòng Phó tổng thống Mỹ J.D. Vance, James Proud – doanh nhân trẻ người Anh nhập tịch Mỹ không bằng đại học đã trình bày ý tưởng táo bạo: công ty khởi nghiệp của anh ở Thung lũng Silicon, Substrate, đã phát triển một quy trình chế tạo chip bán dẫn hoàn toàn mới, có thể cắt giảm một nửa chi phí sản xuất so với công nghệ hiện hành. Trong kỷ nguyên mà chất bán dẫn trở thành nền tảng cho mọi lĩnh vực – từ trí tuệ nhân tạo, điện thoại thông minh đến quốc phòng – tuyên bố ấy vang lên như một thách thức gửi tới những “gã khổng lồ” của ngành, đặc biệt là ASML của Hà Lan.
Khi ngành bán dẫn bị thống trị bởi một cỗ máy khổng lồ
Trong hơn một thập kỷ qua, những con chip tiên tiến đều được khắc lên tấm wafer silicon bằng máy quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet Lithography) – cỗ máy cỡ xe buýt trị giá 200 triệu USD, hoạt động trong nhà máy sạch tốn đến 25 tỷ USD. ASML là nhà sản xuất duy nhất của loại máy này, nắm giữ 100% thị phần toàn cầu, đến mức Washington phải hạn chế xuất khẩu sang Trung Quốc vì lý do an ninh.
Substrate muốn thay đổi điều đó. Theo Proud, công ty đã phát triển một quy trình thay thế: sử dụng máy gia tốc hạt (particle accelerator) – thiết bị thường dùng trong nghiên cứu vật lý – để tạo ra luồng ánh sáng cực mạnh, chiếu qua công cụ quang khắc chỉ bằng kích thước của một chiếc ô tô. Kết quả, họ đã in được một lớp vi mạch có độ phân giải ngang ngửa với những sản phẩm tiên tiến nhất của TSMC hay Samsung.
Ông Vance hỏi: “Anh làm được việc này từ bao giờ?” Proud mỉm cười đáp: “Tôi đã có một mùa Covid cực kỳ năng suất, thưa ngài.”
Từ ý tưởng trong đại dịch đến thách thức đế chế ASML
Thành tựu của Substrate dựa trên nhiều năm nghiên cứu về việc dùng máy gia tốc hạt trong sản xuất bán dẫn – điều mà giới khoa học từng thử nghiệm từ nhiều thập kỷ nhưng chưa bao giờ thương mại hóa do chi phí và độ tin cậy. Giờ đây, khi chi phí xây dựng nhà máy bán dẫn dự kiến chạm mốc 50 tỷ USD vào cuối thập niên này, một số start-up – trong đó có Substrate và xLight tại Palo Alto – tin rằng công nghệ này có thể mở ra con đường giảm giá thành sản xuất.
Với Proud, 34 tuổi, con đường phía trước vẫn dài: từ chứng minh tính khả thi đến thương mại hóa quy trình, tìm khách hàng, và đặc biệt là xây dựng nhà máy. Song anh hiểu rằng nước Mỹ đang tìm mọi hướng, dù nhỏ bé hay mạo hiểm, để giành lại vị thế dẫn đầu trong ngành bán dẫn và giảm phụ thuộc vào các nhà sản xuất châu Á.
Trong các buổi gặp gỡ giới chức Washington, Proud nhấn mạnh: nếu một start-up nhỏ như Substrate có thể đạt bước tiến lớn như vậy, thì Trung Quốc, quốc gia đang tăng tốc xây dựng các máy gia tốc hạt, “chắc chắn cũng không kém xa”.
Câu chuyện khởi nghiệp và nỗi ám ảnh mang tên Đài Loan
James Proud chuyển từ London đến San Francisco năm 2011 trong chương trình học bổng Thiel Fellowship của tỷ phú Peter Thiel – khuyến khích các tài năng trẻ bỏ đại học để khởi nghiệp. Anh từng bán công ty đầu tay chuyên kết nối người hâm mộ với buổi hòa nhạc, nhưng thất bại với start-up thứ hai – Hello, thiết bị theo dõi giấc ngủ, trước khi chuyển giao công nghệ cho Fitbit.
Năm 2019, Proud bắt đầu nghiên cứu chuỗi cung ứng chip đúng vào thời điểm Trung Quốc siết chặt quyền lực ở Hồng Kông. Anh lo ngại kịch bản tương tự có thể xảy ra với Đài Loan, nơi đặt nhà máy chính của TSMC – nhà sản xuất chiếm phần lớn chip tiên tiến toàn cầu. Cựu thượng nghị sĩ Kyrsten Sinema, cố vấn của Substrate, nhận xét: “Chúng ta đang có một vấn đề an ninh quốc gia. Ai lại không muốn hợp tác với Substrate khi giải pháp này trở thành thương mại hóa?”
Proud – công dân Mỹ từ năm 2019 – từng gửi cho chính quyền Trump một bản đề xuất “Dự án Manhattan cho chip Mỹ”, cảnh báo nguy cơ phụ thuộc vào châu Á. Khi TSMC đồng ý xây dựng nhà máy tại Arizona, anh quyết định thành lập Substrate, cùng em trai Oliver, với mục tiêu “phát minh lại cách làm chip”.
Từ kho xưởng đến bước đột phá đầu tiên
Substrate hoạt động trong một nhà kho ở khu thiết kế San Francisco, ngăn đôi bằng lá cờ Mỹ khổng lồ. Nhóm nghiên cứu gồm 50 người, trong đó có kỹ sư từng làm việc tại TSMC, IBM, Google, cùng các nhà vật lý hạt nhân và chuyên gia quang học từ phòng thí nghiệm quốc gia. Năm 2023, họ bắt đầu chế tạo công cụ quang khắc tùy chỉnh – nhỏ đủ để đặt vừa trong thùng xe tải U-Haul.
Đầu năm 2024, Substrate mượn một máy gia tốc hạt ở vùng Vịnh để thử nghiệm. Ban đầu hình ảnh in ra bị mờ do rung động trong khu vực. Sau một ngày dò tìm, nhóm phát hiện hệ thống điều hòa là thủ phạm. Khi điều chỉnh tốc độ quạt, họ đạt được kết quả bất ngờ: “Những chi tiết nhỏ bé và hoàn hảo xuất hiện liên tục trên tấm wafer.”
Từ đó, nhóm đã tạo ra các mẫu phức tạp hơn, đạt độ phân giải tương đương công nghệ quang khắc EUV hiện đại nhất. Nhà khoa học John E. Kelly – người từng tiên phong tại IBM – xem các mẫu này và đánh giá: “Rất tốt, rất rõ ràng, chứng minh quy trình cực kỳ phức tạp đã hoạt động.”
Hành trình từ “trạm căn cứ” đến đỉnh Everest
Tuy vậy, Kelly cũng cảnh báo: “Anh ấy mới chỉ ở trạm căn cứ đầu tiên. Đỉnh Everest còn xa.” Substrate phải đối mặt với nhiều rào cản: xây dựng nhà máy hàng tỷ USD, tìm khách hàng, xin cấp phép công nghệ từ các tập đoàn lớn, và giải quyết vấn đề kỹ thuật nếu một máy gia tốc hạt phải cấp nguồn sáng cho nhiều công cụ cùng lúc – điều có thể tiết kiệm chi phí nhưng gây rủi ro nếu gặp trục trặc.
Những lo ngại ấy khiến chính quyền Biden tạm ngưng yêu cầu hơn 1 tỷ USD tài trợ từ Đạo luật CHIPS của Substrate. Proud cho biết Bộ Thương mại chưa từng từ chối chính thức, và công nghệ của anh đã được thiết kế để tránh thời gian ngừng hoạt động.
Hiện Substrate được định giá trên 1 tỷ USD, với các nhà đầu tư gồm Founders Fund, General Catalyst, Valor Equity Partners và Allen & Company. Tuy nhiên, số vốn ấy vẫn là quá nhỏ so với chi phí cần thiết. Công ty đang đàm phán với Đại học Texas A&M về việc xây dựng nhà máy và máy gia tốc hạt trị giá 10 tỷ USD ngay trong khuôn viên trường, đồng thời có trao đổi sơ bộ với Intel về khả năng hợp tác công nghệ.
Giấc mơ Mỹ giữa kỷ nguyên của silicon
James Proud không giấu sự bực bội khi bị hỏi về những khó khăn phía trước. Anh nói: “Người ta bảo chuyện này không thể làm được, nhưng nếu ta chỉ có hai lựa chọn tệ hại, thì phải tạo ra một lựa chọn thứ ba tốt hơn.”
Substrate có thể không đánh bại được ASML ngay lập tức, nhưng tầm nhìn của Proud phản ánh khát vọng giành lại chủ quyền công nghệ của nước Mỹ trong một ngành đang bị bóp nghẹt bởi chi phí và rủi ro địa chính trị. Từ một nhà kho nhỏ ở San Francisco, một nhóm kỹ sư đang cố gắng chứng minh rằng đổi mới đột phá đôi khi không đến từ những tập đoàn trị giá hàng trăm tỷ USD, mà từ lòng gan dạ của những người dám đặt cược tất cả vào một ý tưởng khác biệt.
Nếu thành công, công nghệ của Substrate không chỉ làm rẻ hơn những con chip điều khiển trí tuệ nhân tạo, mà còn có thể thay đổi cấu trúc quyền lực của thế giới công nghệ – nơi mỗi photon ánh sáng phát ra từ một máy gia tốc hạt lại mang theo khát vọng tái định nghĩa tương lai của ngành bán dẫn.
shared via nytimes,
