TSMC bắt tay GlobalFoundries trong thỏa thuận 2 tỷ USD để tăng năng lực đóng gói chip AI tại Mỹ

GlobalFoundries, nhà sản xuất wafer đặt tại Mỹ, vừa công bố thỏa thuận hợp tác trị giá 2 tỷ USD với TSMC nhằm tăng cường sản xuất trong nước cho một thành phần then chốt của chip hiệu năng cao: silicon interposer. Đây là lớp đế trung gian bằng silicon, đóng vai trò kết nối nhiều khuôn chip khác nhau trong cùng một gói sản phẩm, đặc biệt quan trọng với GPU và bộ gia tốc AI dùng trong trung tâm dữ liệu. Động thái này được xem là bước tiến đáng kể trong nỗ lực khép kín chuỗi cung ứng bán dẫn nội địa của Mỹ, vốn lâu nay vẫn phụ thuộc vào các công đoạn hoàn thiện ở châu Á.

Theo thỏa thuận kéo dài nhiều năm, GlobalFoundries sẽ sản xuất silicon interposer cho chuẩn đóng gói tiên tiến CoWoS của TSMC tại nhà máy ở Malta, bang New York. CoWoS, viết tắt của ‘chip-on-wafer-on-substrate’, là công nghệ đóng gói tiên tiến cho phép gắn nhiều thành phần bán dẫn lên cùng một nền tảng để chúng giao tiếp nhanh hơn và tiết kiệm điện hơn. Trong các hệ thống AI hiện đại, nơi bộ nhớ băng thông cao HBM gần như trở thành tiêu chuẩn, interposer là mảnh ghép gần như không thể thiếu. HBM, hay High-Bandwidth Memory, là loại bộ nhớ tốc độ rất cao được xếp chồng theo chiều dọc để phục vụ các tác vụ xử lý dữ liệu khổng lồ như huấn luyện và suy luận AI.

Trong vài năm qua, đóng gói tiên tiến nổi lên như điểm nghẽn lớn của ngành chip Mỹ. Ngay cả khi TSMC đã đưa một phần sản xuất GPU Blackwell của Nvidia sang Arizona, sản phẩm cuối cùng vẫn phải chuyển về Đài Loan để hoàn tất khâu lắp ráp và đóng gói rồi mới quay lại Mỹ. Điều đó cho thấy sản xuất wafer, tức công đoạn tạo ra khuôn chip trên tấm bán dẫn, mới chỉ là một nửa bài toán. Nếu thiếu năng lực đóng gói tiên tiến trong nước, Mỹ vẫn chưa thể hoàn toàn tự chủ với các dòng chip AI cao cấp.

Dù thỏa thuận mới mang ý nghĩa chiến lược, tác động thực tế sẽ chưa đến ngay lập tức. GlobalFoundries cho biết họ sẽ mở rộng công suất tại nhà máy Malta để đáp ứng nhu cầu, nhưng sản xuất quy mô lớn sớm nhất cũng phải đến nửa đầu năm 2028. Thỏa thuận giữa hai bên dự kiến kéo dài 5 năm và có thể gia hạn nếu cần. Trong khi đó, TSMC hiện cũng đã hợp tác với Amkor, một công ty OSAT chuyên cung cấp dịch vụ lắp ráp và kiểm thử bán dẫn thuê ngoài. OSAT là viết tắt của ‘Outsourced Semiconductor Assembly and Test’, tức các doanh nghiệp đảm nhiệm công đoạn hoàn thiện chip sau sản xuất. Tuy nhiên, cơ sở đóng gói tương thích CoWoS của Amkor tại Mỹ dự kiến đến năm 2028 mới hoạt động, còn nhà máy đóng gói riêng của TSMC ở Arizona thậm chí phải chờ đến 2029.

Dù CoWoS hiện là công nghệ đóng gói được ưa chuộng nhất cho chip AI, đây không phải con đường duy nhất. Intel Foundry đã có sẵn cả công nghệ sản xuất tiến trình tiên tiến lẫn các giải pháp đóng gói tương đương, và đáng chú ý là chúng có thể tương thích với chip được sản xuất tại các nhà máy của TSMC. Trên thực tế, Intel từ lâu đã sử dụng mô hình kết hợp: khuôn chip làm ở nơi này, đóng gói ở nơi khác, miễn là thiết kế được tối ưu cho nền tảng phù hợp. Điều đó đồng nghĩa nếu mục tiêu cấp bách là đưa nhiều hơn hoạt động sản xuất chip AI về Mỹ, khách hàng không nhất thiết phải chờ toàn bộ hệ sinh thái CoWoS của TSMC hoàn thiện.

Thỏa thuận giữa TSMC và GlobalFoundries cho thấy cuộc cạnh tranh bán dẫn tại Mỹ đang chuyển từ việc xây thêm fab, tức nhà máy chế tạo chip, sang xử lý các mắt xích tinh vi hơn như interposer, cầu nối liên kết chip và đóng gói 3D/2.5D. Đây là những công nghệ ít được nhắc tới hơn so với tiến trình 3 nm hay 2 nm, nhưng lại quyết định khả năng thương mại hóa các bộ xử lý AI hiện đại. Với nhu cầu từ datacenter AI tiếp tục bùng nổ, việc nội địa hóa các công đoạn hậu sản xuất như đóng gói và tích hợp nhiều khuôn chip sẽ là yếu tố then chốt để Mỹ giảm phụ thuộc vào chuỗi cung ứng nước ngoài và tăng tốc triển khai hạ tầng AI trong nước.