Công trình khổng lồ cho con chip nhỏ bé: Bên trong thế giới chế tạo vi mạch của Intel
29/10/25
 |
| Nhà máy xử lý nước của Hillsboro. Sản xuất chip cần hàng triệu gallon nước mỗi ngày. |
Trên sàn nhà sạch rộng hàng hecta, cao bảy tầng và dài bằng bốn sân bóng đá, hàng nghìn kỹ sư mặc áo bảo hộ trắng di chuyển trong không khí tinh khiết hơn cả phòng mổ. Ở đó, họ làm nên những vi mạch chứa tới 50 tỷ bóng bán dẫn, mỗi bóng nhỏ hơn sợi tóc người tới 10.000 lần. Những con chip bé nhỏ ấy chính là mạch máu của nền kinh tế toàn cầu, điều khiển mọi thứ từ máy tính, điện thoại, ô tô cho đến thiết bị gia dụng.
Cơn khát chip toàn cầu
Sau đại dịch, nhu cầu chip tăng vọt trong khi chuỗi cung ứng đứt gãy, tạo ra khủng hoảng bán dẫn toàn cầu. Sự thiếu hụt này không chỉ đẩy giá hàng hóa leo thang mà còn khiến Mỹ lo ngại về phụ thuộc công nghệ nước ngoài: hiện Mỹ chỉ chiếm 12% năng lực sản xuất chip toàn cầu, trong khi hơn 90% chip tiên tiến nhất được sản xuất tại Đài Loan.
Đáp lại, Intel – gã khổng lồ của Thung lũng Silicon – đặt cược 20 tỷ USD xây dựng hai nhà máy mới ở Chandler, Arizona. Hãng cũng công bố kế hoạch mở rộng lớn hơn tại Ohio và Magdeburg (Đức), trong nỗ lực giành lại vị thế tiên phong từng nắm giữ suốt nhiều thập kỷ.
Chip làm gì và vì sao chúng quan trọng
Từ cuối những năm 1950, chip hay mạch tích hợp (IC) đã thay thế các transistor rời rạc, giúp lưu trữ dữ liệu, khuếch đại tín hiệu và xử lý thông tin. Intel nổi tiếng với bộ vi xử lý (microprocessor) – “bộ não” của máy tính, nơi hàng tỷ transistor phối hợp để tính toán trong vài phần nghìn giây.
Nhờ công nghệ thu nhỏ không ngừng, Intel từng dẫn đầu về mật độ transistor, nhưng TSMC của Đài Loan hiện đã vượt qua, sản xuất được các linh kiện nhỏ hơn, hiệu năng cao hơn – lý do khiến Apple chọn TSMC cho chip A-series trên iPhone.
Khoảng cách ấy không chỉ là vấn đề kinh tế mà còn là nguy cơ an ninh công nghệ: nếu xung đột hoặc thiên tai làm gián đoạn sản xuất tại Đài Loan, thế giới có thể đối mặt với khủng hoảng nghiêm trọng. Điều đó càng thúc đẩy Intel tăng tốc trong cuộc đua “tự cường bán dẫn.”
Bên trong quá trình chế tạo chip
Sản xuất chip là công việc tốn kém bậc nhất hành tinh. Mỗi nhà máy – hay fab – tiêu tốn hàng tỷ USD cho hạ tầng, thiết bị và hàng ngàn bước xử lý để biến tấm silicon thô thành vi mạch tinh xảo.
Tại Intel, quy trình bắt đầu bằng wafer silicon đường kính 30 cm, được chiếu ánh sáng từ máy quang khắc trị giá hàng trăm triệu USD để in thiết kế chip. Sau đó, hàng chục lớp vật liệu được phủ, khắc, cấy ion và đánh bóng liên tục, tạo thành cấu trúc ba chiều của transistor.
Các tấm wafer di chuyển tự động trên hệ thống đường ray treo, bên trong các “pod” kín, mỗi lần chở tới 25 tấm. Mỗi wafer mất hơn 1.000 công đoạn và kéo dài hai tháng để hoàn thiện. Một nhà máy “gigafab” như của TSMC có thể xử lý 100.000 wafer/tháng, trong khi hai nhà máy mới của Intel tại Arizona dự kiến đạt công suất 40.000 wafer/tháng.
Khi thu nhỏ transistor đến giới hạn
Khi việc thu nhỏ transistor ngày càng khó, các hãng chuyển sang giai đoạn đóng gói (packaging) – lắp ráp và kết nối nhiều chip nhỏ thành một khối duy nhất. Intel hiện dẫn đầu với công nghệ xếp chồng 47 chip riêng biệt trong cùng một gói, kết nối chúng hoạt động như một chip duy nhất, thậm chí bao gồm chip do TSMC và đối tác khác sản xuất.
Đây là chiến lược quan trọng giúp Intel duy trì sức cạnh tranh khi quy trình in khắc đạt đến giới hạn vật lý của ánh sáng cực tím.
Nhà máy chip: Nơi không hạt bụi nào được phép tồn tại
Một chip Intel có thể trị giá từ vài trăm đến hàng nghìn USD, nhưng chỉ một hạt bụi nhỏ vô hình cũng đủ làm hỏng toàn bộ. Vì thế, phòng sạch (clean room) của nhà máy phải tinh khiết gấp 1.000 lần phòng phẫu thuật. Không khí được lọc liên tục qua hàng trăm quạt khổng lồ, nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát chính xác đến phần nghìn.
Để tránh rung động, các sàn phòng sạch được đặt trên khối bê tông dày và hệ thống giảm chấn đặc biệt, tách biệt hoàn toàn với bên ngoài. Bên dưới là tầng kỹ thuật chứa hàng nghìn máy bơm, ống dẫn, máy làm lạnh, biến áp và hệ thống khí tinh khiết phục vụ sản xuất.
Bài toán nước – Nguồn sống của ngành bán dẫn
Sản xuất chip là ngành tiêu thụ nước khổng lồ. Tại Chandler, hai nhà máy của Intel hút khoảng 11 triệu gallon nước/ngày từ ba con sông và hệ thống giếng ngầm. Trong một bang hạn hán như Arizona, điều đó gây lo ngại, nhưng thực tế, nông nghiệp tiêu thụ nước gấp hàng chục lần so với ngành bán dẫn.
Intel cho biết họ tái sử dụng 82% lượng nước ngọt thông qua hệ thống lọc và hồ lắng. Nước sau xử lý được trả lại thành phố để tưới tiêu hoặc sử dụng phi sinh hoạt. Mục tiêu của hãng là đến năm 2030, sẽ bù đắp hoàn toàn lượng nước sử dụng thông qua các dự án hợp tác với tổ chức môi trường nhằm khôi phục nguồn nước địa phương.
Xây dựng một “thánh đường” cho công nghệ
Để dựng nên một fab, Intel cần khoảng 5.000 công nhân tay nghề cao làm việc suốt ba năm. Theo Dan Doron, giám đốc xây dựng của Intel, chỉ riêng phần móng đã phải đào 890.000 yard khối đất, với tốc độ một xe tải mỗi phút. Hơn 445.000 yard khối bê tông và 100.000 tấn thép được dùng – nhiều hơn cả tòa nhà cao nhất thế giới Burj Khalifa ở Dubai.
Những cần cẩu khổng lồ được lắp ráp từ hơn 100 xe vận chuyển linh kiện, dùng để nâng những thiết bị nặng tới 55 tấn, như các hệ thống làm lạnh (chiller) cho phòng sạch.
Trong khi đó, CEO Patrick Gelsinger, người đảm nhiệm vai trò từ năm 2021, đang vận động Quốc hội Mỹ cấp tín dụng thuế và tài trợ để giảm rủi ro tài chính. Ông cũng áp dụng chiến lược “xây vỏ trước, lắp máy sau” – dựng sẵn khung nhà máy (fab shells) rồi bổ sung thiết bị tùy theo biến động thị trường.
Giấc mơ hồi sinh ngành bán dẫn Mỹ
Dù đầu tư hàng chục tỷ USD, Intel hiểu rằng một công ty không thể giải quyết toàn bộ cuộc khủng hoảng chip. Điện thoại, ô tô hay thiết bị y tế đều cần nhiều loại chip khác nhau, từ cao cấp đến phổ thông, được cung ứng bởi hàng trăm nhà sản xuất. Ngành bán dẫn hiện là mạng lưới toàn cầu phức tạp, nơi nguyên liệu, phần mềm thiết kế và linh kiện đi qua nhiều quốc gia trước khi thành sản phẩm cuối cùng.
Tuy vậy, mỗi nhà máy mới trên đất Mỹ là một bước tiến trong việc giảm phụ thuộc vào châu Á, và cũng là lời khẳng định rằng quốc gia sáng lập ra vi mạch vẫn có thể làm chủ công nghệ lõi.
Trên sa mạc Arizona, nơi từng chỉ có cát và xương rồng, giờ mọc lên những “thánh đường” của công nghệ hiện đại – nơi con người đang nỗ lực chế tạo những linh kiện nhỏ nhất nhưng có sức ảnh hưởng lớn nhất đối với nền kinh tế thế giới.
shared via nytimes,
