Việc kết hợp giữa nhà máy TSMC ở Arizona và nhà máy đóng gói Amkor được lên kế hoạch xây dựng gần đó thể hiện một sự dịch chuyển dần dần hướng tới việc khu vực hóa sản xuất chất bán dẫn – một xu hướng có thể, theo thời gian, sẽ giảm sự phụ thuộc vào các cơ sở ở nước ngoài cho các bước quan trọng. Hiện tại, chiếc GPU Blackwell đầu tiên được sản xuất tại Mỹ vừa là một cột mốc đáng nhớ, vừa là một lời nhắc nhở về sự phức tạp liên quan đến việc xây dựng lại các hệ sinh thái sản xuất tiên tiến trong nước.
Chiếc GPU Nvidia Blackwell đầu tiên đã được sản xuất thành công tại cơ sở Fab 21 của TSMC ở Phoenix, Arizona, đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới việc sản xuất chất bán dẫn tiên tiến trên đất Mỹ. Cột mốc này đại diện cho lần đầu tiên TSMC sản xuất một con chip có quy mô và độ phức tạp như vậy tại Hoa Kỳ.
Blackwell: GPU AI đột phá được sản xuất trên tiến trình 4N tại Mỹ
Kiến trúc Blackwell là thế hệ GPU lớn tiếp theo của Nvidia, được thiết kế để cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu và khối lượng công việc trí tuệ nhân tạo (AI). Mỗi con chip được chế tạo trên tiến trình 4N tùy chỉnh của TSMC – một biến thể của công nghệ 4 nanomet, được tối ưu hóa dành riêng cho các thiết kế của Nvidia. Tiến trình mới này mang lại hiệu suất và hiệu quả năng lượng cao hơn, cho phép Nvidia mở rộng quy mô sức mạnh tính toán cho các mô hình AI lớn trong khi vẫn giảm thiểu kích thước chip tổng thể.
Mặc dù quá trình chế tạo (fabrication) diễn ra ở Arizona, nhưng để hoàn thành việc sản xuất GPU, vẫn cần đến các bước đóng gói hiện không có sẵn tại Mỹ. Công nghệ Chip on Wafer on Substrate (CoWoS) của TSMC – một hệ thống đóng gói 2.5D tiên tiến – vẫn tập trung tại Đài Loan.
CoWoS kết hợp khuôn GPU chính với các chồng bộ nhớ băng thông cao (HBM) và một bộ đệm (interposer) liên kết hai thành phần này ở cấp độ siêu nhỏ. Đối với dòng Blackwell, mỗi GPU tích hợp tám chồng bộ nhớ HBM3E thông qua quy trình đóng gói CoWoS-S, kết nối bộ nhớ và khuôn tính toán thông qua một bộ đệm silicon để tối đa hóa thông lượng dữ liệu. Các tấm wafer được sản xuất tại Phoenix buộc phải vận chuyển trở lại các cơ sở của TSMC ở Đài Loan để thực hiện bước cuối cùng quan trọng này.
Tương lai: Mỹ khắc phục nút thắt cổ chai đóng gói chip tiên tiến
Quy trình này minh họa cả sự tiến bộ lẫn sự phụ thuộc: trong khi năng lực sản xuất của Mỹ đã được mở rộng bao gồm cả sản xuất wafer tiên tiến, việc thiếu cơ sở hạ tầng đóng gói trong nước vẫn tiếp tục hạn chế quá trình sản xuất chất bán dẫn đầu-cuối thực sự. Các nhà phân tích ngành công nghiệp coi đây là một giai đoạn chuyển tiếp trong nỗ lực xây dựng lại chuỗi cung ứng sản xuất chip tiên tiến tại Hoa Kỳ.
Các nỗ lực nhằm thu hẹp khoảng cách đó đang được tiến hành. Amkor Technology, một công ty đóng gói và kiểm thử chất bán dẫn lớn, đang phát triển một cơ sở trị giá 7 tỷ USD tại Arizona, chuyên về đóng gói tiên tiến và lắp ráp cuối cùng. Địa điểm này – hiện đang được xây dựng gần Fab 21 của TSMC – được lên kế hoạch là một phần của sự hợp tác giữa hai công ty.
Khi đi vào hoạt động, cơ sở mới của Amkor sẽ xử lý việc đóng gói cho các con chip được sản xuất tại Fab 21, giúp giữ lại nhiều bước hơn trong quá trình sản xuất ngay trong nước. Việc sản xuất tại cơ sở Amkor dự kiến sẽ bắt đầu vào đầu năm 2028, sau khi hoàn thành vào giữa năm 2027. Sự kết hợp giữa TSMC và Amkor sẽ là bước đi lớn giúp Mỹ dần tự chủ hơn trong việc sản xuất chất bán dẫn cao cấp, giảm thiểu rủi ro địa chính trị và sự phức tạp của chuỗi cung ứng toàn cầu.