Ngành bán dẫn ngày nay đòi hỏi quy trình sản xuất tinh vi, với bao quy chuẩn cần được đáp ứng, việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy bán dẫn đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hiệu quả, năng suất và thành công lâu dài. Mặc dù quy trình sản xuất chip đòi hỏi một lượng nước khổng lồ, nhưng đáng ngạc nhiên là một số “ông lớn” ngành bán dẫn lại chọn Arizona, nơi nổi tiếng với khí hậu khô cằn, để thiết lập các nhà máy bán dẫn tiên tiến của họ. Từ đó, dần xây dựng một hệ sinh thái chip bán dẫn tại khu vực bang Arizona khô cằn nhưng đầy tiềm năng
Điều gì dẫn đến xu hướng này? Hãy cùng đi sâu vào tìm hiểu vai trò quan trọng của nước trong sản xuất bán dẫn và khám phá những lý do chiến lược đằng sau lựa chọn “khó hiểu” này của các “gã khổng lồ” bán dẫn.
Vai trò của nước trong nhà máy bán dẫn
Một nhà máy bán dẫn công nghệ cao có thể sử dụng tới hàng triệu gallon nước mỗi ngày (1 gal = 3.7854 lít nước).
Được coi là yếu tố chính trong các nhà máy bán dẫn, nước tinh khiết góp phần kiểm soát ô nhiễm, đảm bảo phòng sạch đủ tiêu chuẩn cho quy trình sản xuất chip phức tạp, bao gồm:
1. Quy trình làm mát
Nước đóng vai trò chủ chốt trong quá trình làm mát trong các nhà máy bán dẫn bởi các thiết bị bán dẫn tiên tiến tạo ra lượng nhiệt đáng kể trong quá trình vận hành. Vậy nên, nước tinh khiết hoạt động như một bộ phận làm mát, điều chỉnh nhiệt để đảm bảo máy hoạt động ở nhiệt độ tối ưu, ngăn ngừa và giảm thiểu hư hại các bộ phận của những con chip nhỏ vài micromet.
2. Độ chính xác trong sản xuất bán dẫn:
Sản xuất bán dẫn đòi hỏi độ chính xác và khả năng kiểm soát các bước trong quy trình. Đặc biệt là quy trình:
- Làm sạch wafer: Việc sử dụng nước “siêu” tinh khiết trong quá trình làm sạch (cleaning) và ăn mòn (etching) là điều cần thiết để đảm bảo chất lượng của các linh kiện bán dẫn. Chỉ cần một tạp chất nhỏ trong nước sản xuất wafer cũng có thể ảnh hưởng đến đầu ra của các con chip “thu hoạch” trên wafer đó, dẫn đến tỉ lệ chip bị lỗi cao.
- Trộn và pha loãng hóa chất: Về mặt sử dụng hóa chất trong suốt quá trình sản xuất chip, nước tinh khiết đóng vai trò là dung môi, đảm bảo phản ứng hóa học, khi trộn lẫn hoặc pha loãng đáp ứng được hiệu quả mong muốn, từ đó đảm bảo chất lượng của vi điện tử.
Lý do Arizona thu hút các “ông lớn” xây dựng nhà máy bán dẫn
Xét về mặt khí hậu, Arizona là bang khô cằn đứng thứ tư nước Mỹ. Theo thông tin từ Bang Arizona, khu vực này chỉ nhận được lượng mưa trung bình năm là 12,26 inch từ năm 1991 đến năm 2020.
Từ góc nhìn trong ngành, theo The Verge, các nhà máy bán dẫn có thể sử dụng từ 2 triệu đến 4 triệu gallon nước mỗi ngày. Con số khổng lồ tương đương với lượng nước sử dụng hàng ngày của 13.698 đến 27.397 cư dân Arizona. Với thực trạng khô cằn của bang Arizona, các “gã khổng lồ” bán dẫn phải đối mặt với thách thức tận dụng các công nghệ quản lý nước tiên tiến để đảm bảo nguồn cung cấp nước bền vững cho các nhà máy của họ. Các công ty đầu tư mạnh vào các biện pháp tái chế, lọc và bảo tồn nước, thể hiện cam kết quản lý tài nguyên có trách nhiệm. Ngoài ra, Intel cũng cho thấy nỗ lực của mình trong việc đạt được “mức sử dụng nước ròng dương”, mang lại lượng nước lớn hơn so với lượng tiêu thụ khi đã tài trợ cho 15 dự án phục hồi nước.
Trao đổi với CNBC, Glenn O’Donnell, phó chủ tịch kiêm giám đốc nghiên cứu của công ty nghiên cứu Forrester chia sẻ, mỗi nhà máy bán dẫn đều có cách riêng để “tái chế nước”. Ông chỉ ra rằng, mặc dù yêu cầu lượng nước đầu vào là rất lớn nhưng các nhà sản xuất chip không cần phải khai thác thêm nhiều nước trong quá trình sản xuất, nó giống như “một bể bơi trong một tòa nhà khép kín”
Ở đầu bài viết đã nhấn mạnh vai trò của nước tinh khiết trong quy trình sản xuất chip là rất cần thiết, đảm bảo hiệu suất và hiệu quả của các tấm chip. Vậy lý do gì khiến sa mạc Arizona trở nên hấp dẫn trong mắt các nhà sản xuất chip?
1. Vùng đất rộng lớn
Một trong những yếu tố hấp dẫn nhất khiến Arizona trở thành điểm đến lý tưởng để xây dựng các nhà máy sản xuất chất bán dẫn là quỹ đất sẵn có. Các “đại gia” bán dẫn đều đã và đang rót vốn đầu tư xây dựng các nhà máy mới tại một trong những bang khô hạn nhất nước Mỹ.
Nhà máy bán dẫn Fab 42 của Intel tại Arizona (Nguồn: Cnet)
Đầu năm 2021, Arizona được chọn làm trung tâm phục hồi khả năng sản xuất chất bán dẫn của Mỹ, với sự xây dựng của 2 nhà máy bán dẫn (fab) mới của Intel (hoạt động hài hòa với 4 nhà máy bán dẫn còn lại – fab 12, fab 22, fab 32 và fab 42), và nhà máy TSMC mới. Theo Forbes, các ông lớn bán dẫn khác có sự hiện diện ở Arizona đều gọi tên Medtronic, NXP, Microchip, ASML, Nova, v.v.
Vào cùng thời điểm đó, trong quá trình tìm kiếm đánh giá địa điểm xây dựng nhà máy mới, Samsung cũng đã đưa Arizona vào trong danh sách ba cơ quan có thẩm quyền để cân nhắc và thảo luận (cùng với New York và Texas).
2. Rủi ro thiên tai thấp (Thời tiết “dễ đoán”)
Độ ổn định địa chấn được coi là một trong những yếu tố then chốt để xây dựng các nhà máy bán dẫn. Glenn O’Donnell nói với CNBC: “Một nhà máy sản xuất chip không thể bị rung chuyển, dù là ở một mức cực nhỏ”. Toàn bộ lô chip thành phẩm có thể bị hủy hoại chỉ bằng một cú rung nhỏ 0,5 Richter.
Một trong những nhà máy bán dẫn của Intel tại Arizona (Nguồn: Barron’s)
Khi bàn về rủi ro thiên tai, Arizona được đánh giá là bang ít thiên tai thứ 12 của Mỹ. Với rủi ro thảm họa tối thiểu, kể từ năm 1950, khu vực khô hạn này là lựa chọn để Motorola và các công ty bán dẫn tiên phong khác đưa Arizona trở thành vùng đất dẫn đầu về thiết kế và sản xuất bán dẫn. Nói cách khác, khi yếu tố thời tiết không thay đổi và “dễ đoán”, các nhà sản xuất chip cũng sẽ phần nào cảm thấy thoải mái hơn khi biết răng khoản đầu tư hàng tỷ đô của họ sẽ không bị “quét sạch” chỉ vì một cơn bão hay một vụ cháy rừng chỉ sau một đêm.
3. Tiềm năng năng lượng mặt trời dồi dào
“Hai yếu tố quan trọng nhất trong cơ sở hạ tầng của nhà máy sản xuất tấm bán dẫn là điện và nhiều điện hơn”, đối tác cấp cao của McKinsey, Bill Wiseman chia sẻ với Asia Nikkei. Một nhà máy bán dẫn có thể sử dụng nhiều điện như một nhà máy thép.
Số ngày nắng hạn kéo dài quanh năm khiến Arizona trở thành địa điểm lý tưởng để khai thác năng lượng mặt trời. Các nhà máy bán dẫn luôn tiêu tốn nhiều năng lượng, trong trường hợp này, nguồn năng lượng mặt trời sẵn có dồi dào không chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng, mà còn đảm bảo được hoạt động sử dụng năng lượng bền vững. Điều này không chỉ làm giảm chi phí vận hành mà còn nhấn mạnh những nỗ lực của ngành công nghiệp bán dẫn trong việc ứng dụng các giải pháp thân thiện với môi trường.
Thảo luận về việc sử dụng năng lượng bền vững ở Arizona, tiểu bang cũng nêu tên dự án Salt River của Phoenix, nhà máy điện cung cấp một lượng điện tiêu thụ lớn cho các doanh nghiệp.
4. Nhân sự bán dẫn có tay nghề cao
Ngoài những lợi thế tự nhiên của bang, “con người” cũng là một yếu tố khiến Arizona trở nên hấp dẫn trong mắt các nhà đầu tư bán dẫn. Với hơn 22.000 việc làm trực tiếp trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn (theo dữ liệu của Cơ quan Thương mại Arizona), Arizona đứng thứ tư nước Mỹ về cơ hội việc làm chip.
Tuy nhiên, điều này sẽ không xảy ra nếu không có sự xuất hiện của Intel, thành lập xưởng sản xuất bán dẫn đầu tiên của doanh nghiệp này tại Arizona vào năm 1980. Với việc đổ dồn đầu tư và coi bang này là địa điểm chiến lược để phát triển, Intel đã có những tác động mạnh mẽ và mang lại lợi ích cho Arizona, như đầu tư vào cơ sở vật chất, tạo thêm việc làm (trên 12.000 lao động vào năm 2020), thu hút nhân tài, cải thiện nền kinh tế, v.v.
Khi Intel đưa ngành công nghiệp bán dẫn quay trở lại Arizona, các trường đại học địa phương cũng đáp lại bằng cách tạo dựng “danh tiếng mạnh mẽ về các khóa học và nghiên cứu thiết kế chất bán dẫn”. Theo chia sẻ của một số quan chức bang trong một bài báo của tờ The New York Times, Đại học bang Arizona, đào tạo kỹ thuật cho hơn 30.000 sinh viên là một trong những nỗ lực của bang nhằm tạo môi trường thân thiện với doanh nghiệp để hút đầu tư nhiều hơn nữa, cung cấp nguồn nhân lực tài năng, lành nghề thu hút các nhà sản xuất chip trên khắp thế giới.
5. Ưu đãi và các khoản hỗ trợ của Chính phủ
Bang Arizona tích cực thu hút đầu tư vào phát triển lĩnh vực bán dẫn bằng cách đưa ra nhiều chương trình hỗ trợ và khuyến khích tài chính. Từ các khoản giảm thuế, quy trình cấp phép hợp lý, trợ cấp cơ sở hạ tầng, cho đến việc đưa ra tầm nhìn rộng rãi để mở rộng giáo dục đào tạo kỹ sư tại địa phương, những ưu đãi này khiến Arizona trở thành điểm đến hấp dẫn cho các công ty bán dẫn muốn thành lập nhà máy bán dẫn của họ.
Dẫn đầu quốc gia về đầu tư chip kể từ năm 2020, trong bối cảnh quỹ CHIPS ACT trị giá 52 tỷ USD dành cho nghiên cứu và sản xuất bán dẫn, Arizona có tiềm năng hành động và “dẫn đầu quốc gia về sản xuất vi mạch”, theo thượng nghị sĩ bang Arizona, Mark Kelly đã chia sẻ với The New York Times bài báo về “Arizona định vị chính mình như thế nào để giành 52 tỷ đô la quỹ đầu tư cho ngành công nghiệp chip”
Cùng với khoản tín dụng thuế đầu tư của Đạo luật CHIPS lên tới 25% chi phí vốn của nhà sản xuất, Arizona đang tiếp tục quản lý và phát triển một môi trường thân thiện với doanh nghiệp để đầu tư thêm vào các nhà máy bán dẫn.
Hệ sinh thái Chip tại Arizona trên đà mở rộng
Bruce Andrews, giám đốc quản lý về chính sách chính phủ của Intel chia sẻ với báo New York Times: “Bang Arizona là một cộng tác viên tuyệt vời”. “Bằng cách sớm đầu tư vào chất bán dẫn, họ đã tạo ra một hệ sinh thái có hiệu ứng nhân rộng việc làm và mang lại lợi ích kinh tế to lớn”.
Tập trung vào việc xây dựng một “sân chơi” phát triển đầy tiềm năng, thân thiện cho các doanh nghiệp để thu hút đầu tư và phát triển cơ sở vật chất, Arizona là điểm đến xây dựng nhà máy bán dẫn của các công ty trong ngành, xây dựng một hệ sinh thái chip bán dẫn đang ngày một phát triển tại nơi đây. “Hệ sinh thái Chip bán dẫn” Arizona gọi tên Intel, TSMC, Medtronic, NXP, Microchip, ASML, Nova, và hơn nữa. Sở hữu tiềm năng để “dẫn đầu nước Mỹ trong lĩnh vực sản xuất chip”, Arizona cần nắm bắt cơ hội, cũng như tìm hướng đồng hành cùng các doanh nghiệp, giải quyết những vấn đề phát sinh trong quá trình xây dựng nhà máy, để đảm bảo “dòng đầu tư” vào bang trong tương lai.