ASML, nhà sản xuất thiết bị bán dẫn của Hà Lan, đã bắt đầu bàn giao hệ thống quang khắc High-NA EUV thế hệ mới cho các nhà máy sản xuất chip, với giá khoảng 400 triệu USD mỗi máy. Intel hiện là khách hàng triển khai sớm nhất, trong khi chi phí đầu tư lớn và các hạn chế xuất khẩu sang Trung Quốc tiếp tục ảnh hưởng đến cục diện thị trường.

Theo MIT Technology Review ngày 23/6 (giờ địa phương), thiết bị mới của ASML đạt độ phân giải 8 nm, cho phép tạo ra các cấu trúc mạch tinh vi hơn so với dòng EUV hiện nay.

Quang khắc là công đoạn dùng ánh sáng để in mẫu mạch lên wafer silicon, từ đó hình thành transistor và các đường kết nối. ASML hiện nắm khoảng 90% thị phần ở phân khúc thiết bị then chốt cho sản xuất chip tiên tiến, từ chip smartphone đến bán dẫn dành cho máy chủ AI.

So với công nghệ EUV hiện tại có khả năng khắc ở mức khoảng 13 nm, High-NA EUV cho phép tạo mẫu nhỏ hơn đáng kể. Vì vậy, thiết bị này được kỳ vọng sẽ thu hút các hãng bán dẫn muốn tăng mật độ tích hợp trên chip.

Động lực chính đến từ cuộc đua hạ tầng trí tuệ nhân tạo. OpenAI, Google, Meta và Anthropic đang mở rộng các cụm máy chủ quy mô lớn, kéo theo nhu cầu đối với các dòng chip có hiệu năng cao hơn và tiết kiệm điện hơn.

Marco Pieters, Giám đốc công nghệ của ASML, cho biết khi khách hàng dịch chuyển sang các tiến trình nhỏ hơn, quy mô mở rộng bùng nổ của AI càng trở nên khả thi. Theo ông, những gì thị trường chứng kiến đến nay mới chỉ là “phần nổi của tảng băng”.

High-NA EUV không sử dụng nguồn sáng mới. Hệ thống này vẫn dùng nguồn sáng EUV hiện tại, nhưng nâng khẩu độ số (NA) từ 0,33 lên 0,55 để tăng độ chính xác khi khắc mẫu.

ASML cho biết cách tiếp cận này có thể giúp giảm gần một nửa kích thước transistor và tăng mật độ trên chip lên khoảng ba lần. Tuy nhiên, để đạt được điều đó, thiết bị cần gương lớn hơn, laser mạnh hơn và hệ truyền động nhanh hơn.

Reticle thế hệ mới có thể di chuyển với gia tốc tối đa 22g. Trong khi đó, Zeiss của Đức đã thiết kế lại gương phản xạ lớn hơn cùng hệ thống quang học nặng 12 tấn.

Trong nhóm khách hàng đầu tiên, Intel là bên đi trước. Hãng đã đưa hệ thống High-NA đầu tiên vào nhà máy tại Oregon từ mùa xuân năm 2024 để lắp ráp và thử nghiệm.

Mark Phillips, Intel Fellow, cho biết quá trình đưa thiết bị vào vận hành đang nhanh chóng ổn định và bày tỏ sự hài lòng với tiến độ hiện tại. Theo kế hoạch, Intel trước mắt sẽ dùng High-NA EUV cho một số công đoạn đòi hỏi độ chính xác cao, sau đó mới mở rộng phạm vi ứng dụng.

Trái lại, TSMC cho biết chỉ đưa High-NA EUV vào sản xuất khi công nghệ đủ chín muồi để mang lại hiệu quả tối đa cho khách hàng. Một số dự báo trong ngành cho rằng hãng sẽ tiếp tục khai thác tối đa EUV hiện tại cùng kỹ thuật multi-patterning trước khi đẩy mạnh chuyển đổi trong thập niên 2030.

Chi phí vẫn là biến số quan trọng quyết định tốc độ phổ cập của công nghệ này. Nếu các hệ thống EUV hiện nay đã có giá trên 100 triệu USD, thì High-NA EUV lên tới khoảng 400 triệu USD mỗi máy.

Với các nhà sản xuất bán dẫn, dù lợi ích về đơn giản hóa quy trình và cải thiện hiệu năng là tương đối rõ, việc triển khai ngay trên các dây chuyền sản xuất quy mô lớn vẫn là gánh nặng đáng kể. Jeff Koch, nhà nghiên cứu tại SemiAnalysis, đánh giá hiệu năng thiết bị có thể cải thiện khoảng 30-50%, nhưng đây có thể là sản phẩm đầu tiên của ASML mà hiệu quả thương mại chưa thể hiện rõ ngay từ đầu.

Yếu tố chính sách cũng đang làm thị trường bị phân tách. Từ năm 2019, Mỹ đã gây sức ép lên chính phủ Hà Lan nhằm ngăn ASML bán thiết bị tiên tiến cho các doanh nghiệp Trung Quốc.

Hệ quả là Trung Quốc không chỉ chưa thể tiếp cận High-NA EUV, mà còn chưa có cả các hệ thống EUV hiện tại. Điều này buộc nước này phải khai thác công nghệ DUV (deep ultraviolet) và kỹ thuật multi-patterning tới giới hạn. David Lin, cố vấn cấp cao của Special Competitive Studies Project, nhận định Trung Quốc sẽ tiếp tục tận dụng DUV ở mức tối đa.

Song song với đó, Trung Quốc cũng tìm cách bù đắp sự thiếu hụt chip AI hiệu năng cao bằng phần mềm, thông qua việc phát triển các mô hình ngôn ngữ lớn gọn nhẹ như DeepSeek.

Ở chiều ngược lại, các nỗ lực thách thức vị thế thống trị của ASML cũng bắt đầu xuất hiện. Startup Substrate của Mỹ đang phát triển thiết bị quang khắc sử dụng tia X tạo ra từ máy gia tốc hạt, với mục tiêu tiến tới sản xuất hàng loạt vào năm 2030.

Trong khi đó, Raze Lithography của Na Uy theo đuổi hướng đi dùng chùm nguyên tử heli được tăng tốc thay cho ánh sáng. Tuy nhiên, theo đánh giá của giới quan sát, cả hai công ty vẫn phải vượt qua khoảng cách lớn từ giai đoạn phòng thí nghiệm đến sản xuất quy mô lớn.

ASML cũng đã bắt đầu chuẩn bị cho giai đoạn hậu High-NA. Công ty đang xem xét công nghệ “Hyper-NA” với khẩu độ số nâng lên 0,75, đồng thời nghiên cứu khả năng đưa độ phân giải xuống mức 6 nm.

Jos Benschop, Phó chủ tịch phụ trách công nghệ của ASML, cho rằng đến nay vẫn chưa có lựa chọn thay thế nào thực sự khả thi, và ASML hiện chưa có đối thủ đáng kể trong lĩnh vực sản xuất hàng loạt chip tiên tiến. Theo ông, cuộc cạnh tranh tiếp theo của ngành bán dẫn sẽ phụ thuộc vào việc bên nào có thể sớm đưa thiết bị này vào sản xuất hàng loạt một cách ổn định.