Tại sao cơ sở sản xuất chip của Intel lại có mức giá 20 tỉ USD?

Về nhiều mặt, vi mạch như thể mạch máu của nền kinh tế hiện đại. Chúng vận hành máy tính, điện thoại thông minh, ô tô, thiết bị gia dụng và cả các đồ điện tử khác. Kể từ sau đại dịch, nhu cầu các sản phẩm này tăng cao, gây ra sự gián đoạn chuỗi cung ứng, dẫn đến thiếu hụt toàn cầu.

Điều đó thúc đẩy lạm phát, đồng thời báo động việc Mỹ trở nên quá phụ thuộc vào các con chip được sản xuất ở nước ngoài. Mỹ chỉ chiếm khoảng 12% năng lực sản xuất linh kiện bán dẫn toàn cầu; hơn 90% chip tiên tiến nhất đến từ Đài Loan. Vậy nên Intel đang tìm cách khôi phục vị trí dẫn đầu lâu năm trong công nghệ sản xuất chip. Công ty đang xây dựng hai nhà máy trị giá 20 tỉ USD tại khu phức hợp sản xuất chip ở Chandler, Arizona. 

Tại sao việc tạo ra hàng triệu thành phần nhỏ bé này lại cần cơ sở có quy mô lớn và chi tiêu nhiều đến vậy?

Dưới đây là một số lý giải.

Công dụng của chip

Nhân viên Intel đang cầm một đĩa bán dẫn silicon dùng để sản xuất chip.

Mỗi con chip, hay mạch tích hợp, có hàng tỉ bóng bán dẫn, nhiều trong số đó được sản xuất và kết nối trên một miếng silicon để hoạt động cùng nhau. Chip thành phẩm sẽ được dùng để lưu trữ dữ liệu, khuếch đại tín hiệu vô tuyến và thực hiện các hoạt động khác; Intel nổi tiếng với nhiều loại bộ vi xử lý, thực hiện hầu hết các chức năng tính toán của máy tính.

Intel đã thu nhỏ kích thước các bóng bán dẫn trên bộ vi xử lý đến mức đáng kinh ngạc. Nhưng đối thủ Đài Loan lại có thể tạo ra các linh kiện nhỏ hơn nữa, một lý do chính khiến Apple chọn công ty này để sản xuất chip cho những chiếc iPhone mới nhất của mình.

Cách tạo ra chip

Một trong những máy khắc vật liệu từ đĩa bán dẫn silicon để làm chip.

Ngày càng có nhiều bóng bán dẫn được đóng gói trên một miếng silicon, dẫn đến công nghệ ngày càng phát triển hơn mỗi năm. Đó cũng là lý do mà các nhà máy sản xuất chip tiêu tốn hàng tỉ USD và ngày càng ít công ty có đủ khả năng để xây dựng chúng.

Ngoài việc chi trả cho các tòa nhà và máy móc, các công ty phải chi tiêu rất nhiều cho việc phát triển các bước xử lý phức tạp để sản xuất chip từ đĩa bán dẫn (wafer) silicon, có kích thước bằng một chiếc đĩa ăn.

Những cỗ máy khổng lồ phác thảo thiết kế cho các con chip trên mỗi đĩa bán dẫn, sau đó đặt và khắc các lớp vật liệu để tạo và kết nối các bóng bán dẫn với nhau. Có đến 25 đĩa trong các hệ thống khép kín đặc biệt, di chuyển cùng lúc bằng một đường ray trên cao.

Xử lý một tấm wafer mất hàng nghìn bước và lên đến hai tháng. Ông Dan Hutcheson, Phó Chủ tịch của công ty nghiên cứu thị trường TechInsights, ước tính công suất của mỗi cơ sở của Intel ở Arizona có thể xử lý khoảng 40.000 tấm wafer mỗi tháng.

Cách đóng gói chip

Các chip riêng lẻ được lưu trữ thành băng và cuộn trước khi đóng gói. Chip sẽ được gắn vào bề mặt của bao bì đóng gói.

Sau khi xử lý, wafer sẽ được cắt thành từng chip riêng lẻ. Chúng được thử nghiệm và bọc trong các gói nhựa để gắn với bảng mạch hoặc các bộ phận của hệ thống.

Việc đóng gói đã trở thành một chiến trường mới, bởi chế tạo các bóng bán dẫn càng nhỏ thì càng khó. Các công ty hiện đang xếp chồng hoặc đặt chip cạnh nhau trong một gói, để chúng hoạt động mà chỉ cần một miếng silicon duy nhất.

Khi việc đóng gói một số ít chip với nhau trở thành thông lệ, Intel đã phát triển một sản phẩm tiên tiến sử dụng công nghệ mới để đóng gói 47 chip riêng lẻ.

Nhà máy sản xuất chip có gì khác

Nhân viên Intel đang chờ chuyển các bộ phận dụng cụ vào trong phòng sạch.

Các ống dẫn hơi thoát ra khỏi máy xử lý tại khuôn viên Intel ở Hillsboro.

Chip Intel thường được bán với giá hàng trăm đến hàng nghìn USD mỗi chiếc. Vào tháng 3, Intel đã phát hành bộ vi xử lý nhanh nhất dành cho máy tính để bàn với giá khởi điểm là 739 USD. Một hạt bụi không nhìn thấy bằng mắt thường có thể làm hỏng bộ vi mạch này. Vì vậy, nhà máy phải sạch hơn cả phòng mổ bệnh viện và cần có hệ thống phức tạp để lọc không khí, điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm. Để tránh việc các thiết bị đắt tiền bị hỏng hóc, các “phòng sạch” trong nhà máy  được xây dựng trên những tấm bê tông khổng lồ với hệ thống giảm xóc đặc biệt.

Tầng cao nhất của các nhà máy của Intel, cao khoảng 70 feet, có những chiếc quạt khổng lồ để giúp lưu thông không khí đến phòng sạch. Bên dưới phòng sạch là hàng nghìn máy bơm, máy biến áp, tủ điện, đường ống tiện ích và thiết bị làm lạnh kết nối với máy sản xuất.

Sự cần thiết của nước

Nhà máy xử lý nước của Hillsboro. Sản xuất chip cần hàng triệu gallon nước mỗi ngày.

Vận hành các nhà máy này cần rất nhiều nước. Vì nước sẽ dùng để làm sạch tấm wafer ở nhiều giai đoạn trong quá trình sản xuất.

Hai cơ sở của Intel ở Chandler cần khoảng 11 triệu gallon nước mỗi ngày. Việc mở rộng trong tương lai của Intel sẽ đòi hỏi nhiều hơn, một thách thức lớn đối với một bang thường bị hạn hán như Arizona.

Intel cho biết các khu phức hợp tại Chandler của họ dựa vào nguồn cung cấp từ ba con sông và hệ thống giếng, sau đó tái tạo khoảng 82% lượng nước ngọt mà họ sử dụng thông qua hệ thống lọc, ao lắng và các thiết bị khác. Nước đó được gửi trở lại thành phố, nơi vận hành các cơ sở xử lý do Intel tài trợ và phân phối lại để phục vụ tưới tiêu và các mục đích sử dụng khác.

Cách xây dựng các nhà máy 

Để xây dựng các cơ sở của mình, Intel sẽ cần khoảng 5.000 công nhân xây dựng lành nghề làm việc trong ba năm

Để xây dựng các nhà máy trong tương lai, Intel sẽ cần khoảng 5.000 công nhân lành nghề, làm việc trong ba năm. Ông Dan Doron, giám đốc xây dựng của Intel, cho biết cần 890.000 mét khối đất để đào móng. Công ty dự kiến ​​sẽ đổ hơn 445.000 mét khối bê tông và sử dụng 100.000 tấn thép gia cường cho nền móng - nhiều hơn cả việc xây dựng tòa nhà cao nhất thế giới, Burj Khalifa ở Dubai.

Ông Patrick Gelsinger, người đã trở thành giám đốc điều hành của Intel một năm trước, đang vận động Quốc hội cung cấp các khoản tài trợ cho việc xây dựng và các khoản tín dụng thuế để đầu tư thiết bị. 

Mặc dù việc thúc đẩy sản xuất trong nước có thể giảm bớt phần nào rủi ro về nguồn cung, ngành công nghiệp chip sẽ tiếp tục dựa vào một mạng lưới các công ty toàn cầu phức tạp về nguyên liệu, thiết bị sản xuất, phần mềm thiết kế, nhân tài và sản xuất chuyên dụng.

Có thể bạn quan tâm: 

Cách các ngân hàng kiếm tiền từ khoản nợ của Nga

Nguồn The New York Times