Chip bán dẫn FPT: IoT là gì? Tại sao đáng gọi là cú đột phá Make in Vietnam?

Quy trình thiết kế chip bán dẫn luôn đòi hỏi các kỹ sư có trình độ khoa học cao và nhiều khâu thiết kế nghiêm ngặt.

Ngày 28/9 vừa qua, tập đoàn FPT đã giới thiệu dòng chip bán dẫn đầu tiên do người Việt nghiên cứu và thiết kế – Make in Vietnam.

Theo FPT, dòng chip này sẽ được chuyển tới nhà máy tại Hàn Quốc để sản xuất và đóng gói; dự kiến trong vòng 2 năm tới, FPT sẽ cung ứng ra thị trường khoảng 25 triệu đơn vị chip. Dòng chip do FPT phát triển và thiết kế có thể ứng dụng vào dịch vụ và các sản phẩm y tế trong lĩnh vực Internet vạn vật (IoT) .

Tấm wafer chip vi mạch đầu tiên của FPT Semiconductor.

IoT – Công nghệ của thế kỷ 21

Internet vạn vật (IoT) là thuật ngữ dùng để miêu tả việc hình thành một mạng lưới kết nối, giao tiếp thông qua việc gắn các cảm biến, chip bán dẫn, cài đặt phần mềm và các công nghệ khác lên các vật dụng phục vụ kết nối và trao đổi dữ liệu với các vật dụng, thiết bị và hệ thống khác thông qua Internet.

Trong một vài năm trở lại đây, IoT đã được đánh giá là một trong những công nghệ quan trọng nhất của thế kỷ 21. Thông qua IoT, các đồ vật hằng ngày như bình nóng lạnh, khóa cửa, màn hình, đèn điện,… đều có thể được điều khiển thông qua các thiết bị di động bất kể khoảng cách địa lý, miễn là được kết nối Internet. Điều này cho phép giao tiếp giữa con người, máy móc liền mạch, đảm bảo không gián đoạn quy trình.

Ví dụ về cách dữ liệu được vận chuyển vào tạo ra giao tiếp. Nguồn: IoT Agenda

Theo xu hướng hiện tại, hầu hết các nhà sản xuất đều triển khai áp dụng công nghệ IoT để tận dụng bảo trì, dự đoán và nâng cấp các sản phẩm tương lai của mình. Điều này giúp cải thiện năng suất, tính khả dụng và làm tăng thêm giá trị cho sản phẩm.

Theo khảo sát của Economic Times, trong tháng 7 năm 2022, các công ty chipset IoT ghi nhận mức đặt hàng tăng đáng kể ở thị trường Ấn Độ. Châu Âu cũng không nằm ngoài cuộc chơi khi các “ông lớn” của thị trường này đang tăng tốc để ứng dụng IoT vào tất cả các sản phẩm của mình, dù là những sản phẩm nhỏ nhất.

Số lượng sản phẩm công nghiệp được ứng dụng IoT trên toàn cầu trong giai đoạn 2018-2025. Đơn vị: tỷ sản phẩm; nguồn: Mordor Intelligence

Hiện nay, ngành sản xuất chip bán dẫn của Trung Quốc đang phát triển nhanh và được xem là dẫn đầu thế giới. Theo thống kê của Bloomberg, trong tổng số 20 công ty sản xuất chip có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất thế giới trong năm 2021 thì có đến 19 đơn vị đến từ Trung Quốc.

Do vậy, việc FPT tham gia và cho ra đời con chip bán dẫn IoT “Make in Vietnam” là một tín hiệu đáng mừng, cho thấy ngành công nghiệp bán dẫn và các thiết bị thông minh của Việt Nam sẽ phát triển mạnh, khi chip IoT đóng vai trò quyết định hiệu suất làm việc và cách các thiết bị điện tử vận hành.

Chíp bán dẫn: Nền tảng của công nghệ hiện đại

Các bản mạch được sản xuất tại nhà máy GlobalFoundries. Trung bình, nhà máy cần khoảng 3 tháng để biến một tấm silicon phẳng thành một con chip với nhiều lớp mạch bán dẫn.

Chip bán dẫn được gắn vào các vi mạch, truyền dẫn điện giúp vận hành nhiều loại hàng hóa và linh kiện điện tử hiện đại. Tất cả các thành phần như mạch tích hợp, vi mạch, bóng bán dẫn và cảm biến điện tử đều sử dụng vật liệu bán dẫn. Chúng cho phép máy móc thực hiện các chức năng chính như điều khiển hoạt động, xử lý dữ liệu, lưu trữ, quản lý đầu vào và đầu ra, cảm biến, kết nối không dây…

Do đó, những con chip này là không thể thiếu trong tất cả các công nghệ mới nổi như trí tuệ nhân tạo, điện toán lượng tử, mạng không dây tiên tiến, ứng dụng blockchain, 5G, máy bay không người lái, robot, trò chơi và các công nghệ đeo trên người. Chip bán dẫn là bộ phận không quá đắt tiền nhưng đóng vai trò then chốt; nói một cách đơn giản, chip bán dẫn là nền tảng của công nghệ hiện đại.

Một hạt bụi nhỏ cũng có thể làm hỏng chip. Do vậy trước khi vào khu sản xuất, công nhân phải mặc đầy đủ đồ bảo hộ.

Theo nhận định của các chuyên gia, việc thiếu hụt nguồn cung chip bán dẫn đặt ra một thách thức rất lớn cho các ngành công nghiệp. Số liệu khảo sát cho thấy trong năm 2021, các loại chip bán dẫn chủ chốt dành cho sản xuất công nghiệp chỉ đáp ứng đủ dự trữ trung bình cho khoảng 5 ngày, trong khi số lượng dự trữ trung bình hồi năm 2019 là 40 ngày.

Các chuyên gia trong ngành nhận định rằng lượng chíp bán dẫn dự trữ ít như vậy là tình trạng rất đáng lo ngại, bởi chỉ cần nguồn này cạn kiệt một lần cũng có thể khiến cả chuỗi cung ứng tê liệt.

Nguyên nhân khiến mức dự trữ trung bình thấp như vậy là bởi các nhà máy sản xuất chip bán dẫn hoặc đang gặp khó khăn trong khâu nguyên liệu đầu vào, hoặc đang hoạt động quá tải để đáp ứng nhu cầu đặt hàng.

Thiếu linh kiện, Toyota phải tạm dừng hoạt động 4 nhà máy ở Nhật Bản. Ảnh: AFP/TTXVN

Thật vậy, theo thông tin từ Jabil thì các chất bán dẫn nguyên liệu đầu vào bắt đầu trở nên khan hiếm kể từ khi đại dịch Covid-19 bùng phát mạnh mẽ năm 2020, do (1) nhu cầu tiêu dùng các thiết bị điện tử tăng lên, nhưng (2) các nhà máy phải tạm thời đóng cửa để ngăn chặn đà lây lan của Covid-19.

Ách tắc từ khâu nguyên liệu đầu vào đến khâu sản xuất, hầu hết các đơn đặt hàng chip bán dẫn từ đầu mùa hè năm nay đều phải chờ đợi một khoảng thời gian kéo dài khoảng từ 3 đến 50 tuần. Theo thống kê của một số nhà cung cấp, số lượng đơn đặt hàng so với công suất nhà máy hiện tại đều là 1,5:1 (tức là nhà máy chỉ đáp ứng khoảng 2/3 nhu cầu đặt hàng chip bán dẫn).

Một giải pháp thường được nghĩ tới là xây dựng thêm nhà máy sản xuất chip bán dẫn, nhưng thực tế thì đây là một việc không dễ dàng. Để xây dựng một nhà máy, trung bình sẽ mất từ khoảng 5 đến 7 năm với khoản chi phí rất lớn – thường trên 10 tỷ USD. Vì lẽ đó, các đơn đặt hàng chip bán dẫn hiện nay gần như không có cách nào khác ngoài việc phải chờ đợi.

Một nhà máy chip bán dẫn thường cần từ khoảng 5 đến 7 năm để xây dựng.

Thiết kế chip bán dẫn phức tạp đến mức nào?

Quy trình thiết kế một chip bán dẫn. Ảnh: anysilicon.com

Quá trình thiết kế chip liên quan đến kiến thức về cách bố trí các vi mạch theo một trật tự cực kỳ logic. Các chip bán dẫn hiện nay đều được sản xuất bằng cách sử dụng các bóng bán dẫn được kết nối với nhau, tạo ra một mạch điện phức tạp có thể tiếp nhận và xử lý thông tin.

Kích thước của các bóng bán dẫn đã giảm đi rất nhiều trong suốt những thập kỷ qua; điều này cho phép các kỹ sư thiết kế và chế tạo những con chip có năng lực xử lý cao và cả những con chip tiêu thụ rất ít điện năng. Những cải tiến này đã giúp cho chip bán dẫn đa năng hơn – một loại chip có thể được sử dụng ở các ngành điện tử khác nhau.

Theo lý thuyết về thiết kế mạch tích hợp kỹ thuật số, quy trình thiết kế chip bán dẫn được chia thành nhiều giai đoạn khác nhau, mỗi bước đều được kiểm tra kỹ lưỡng: Thiết kế hệ thống, thiết kế logic, thiết kế mạch, thiết kế bố trí, chế tạo và thử nghiệm.

Quy trình thiết kế chip bán dẫn luôn đòi hỏi các kỹ sư có trình độ khoa học cao và nhiều khâu thiết kế nghiêm ngặt. Thành công của FPT trong việc thiết kế đã tiếp tục cho thấy một bước tiến mới, mạnh mẽ và sự chủ động của Việt Nam, trong những lĩnh vực công nghệ cao và hiện đại nhất hiện nay.