"Cơn ác mộng" với ngành bán dẫn

TRƯỜNG ĐẶNG• 10/11/2023 04:20

Ngành bán dẫn được cho là sử dụng điện năng lớn hơn cả ngành lọc dầu hay sản xuất ô tô, đặt ra thách thức lớn cho những quốc gia muốn vươn lên trong chuỗi giá trị quan trọng này.

Ngày 7/11 vừa qua, tờ Reuters đưa tin tập đoàn Intel của Mỹ đã dừng tham vọng đầu tư thêm 1 tỷ USD để mở rộng cơ sở tại Việt Nam bởi lo ngại nguồn cung ứng điện không ổn định. Điều này đặt ra thách thức lớn cho Việt Nam khi muốn vươn lên trong ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu.

Intel mới đây được cho đã ngừng xem xét khoản đầu tư mở rộng sản xuất tại Việt Nam

Intel được cho đã ngừng xem xét khoản đầu tư mở rộng sản xuất tại Việt Nam

>> Các doanh nghiệp chip Hà Lan nhắm đến Việt Nam

Tiêu tốn 100 MWh

Theo các nghiên cứu, việc vận hành các cơ sở sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi một lượng điện năng cực lớn. Theo đó, các nhà máy lớn có thể sử dụng tới 100 megawatt điện mỗi giờ – nhiều hơn đáng kể với nhà máy lọc dầu hay sản xuất ô tô.

Khi ngành bán dẫn ngày càng phát triển, sẽ sản sinh ra các sản phẩm nhỏ hơn và hiệu năng cao hơn, nhu cầu sử dụng năng lượng cũng sẽ tiếp tục gia tăng phục vụ cho sản lượng cao hơn và các quy trình phức tạp hơn. Ví dụ, công nghệ in thạch bản tia cực tím mới nhất đòi hỏi lượng điện năng gấp 10 lần so với trước đây.

Kể cả với các chu trình ở bậc giá trị thấp hơn cũng đòi hỏi một nguồn lực khổng lồ, là yếu tố mà các quốc gia phải tính đến. Để các nguyên liệu thô trở thành chip thành phẩm thường mất trung bình 85 ngày và cần tới 300 hoạt động riêng biệt. Trong đó, các thiết bị được sử dụng có thể kể đến máy cấy ion, máy quang khắc, hệ thống lắng đọng, lò oxy hóa, máy ăn mòn… Tất cả đều cần nguồn điện lớn để vận hành.

Thách thức với ngành chip

Mỗi quy trình chế tạo chất bán dẫn phức tạp này đều đòi hỏi nguồn điện đáng tin cậy, chất lượng cao. Bất kỳ sự cố nào về nguồn điện, chẳng hạn như mất điện hoặc sụt áp, đều có thể làm gián đoạn hoạt động và dẫn đến lãng phí các lô chất bán dẫn.

Nguồn điện năng dồi dào và ổn định là điều kiện quan trọng để vận hành ngành bán dẫn

Nguyên nhân của những sự cố mất điện hoặc sụt áp này có thể rất khác nhau. Ví dụ như Ấn Độ đối mặt với chất lượng cơ sở hạ tầng khiến nguồn cung cấp điện nước này không ổn định. Hay các hiện tượng tự nhiên hay thời tiết cực đoan cũng là yếu tố lớn gây ảnh hưởng. Một số nhà máy bán dẫn Mỹ phải đóng cửa do trời lạnh gây mất điện, hoặc nắng nóng quá mức cũng gây ảnh hưởng tương tự.

Việc mất điện có thể đe dọa hoạt động sản xuất chip trong nhiều tháng vì việc mất điện ảnh hưởng đến từng phần của quy trình sản xuất. Chi phí thiệt hại từ các sự cố này cũng rất lớn, thường tốn khoảng vài triệu USD nhưng trong một số trường hợp có thể lên tới hàng chục triệu USD.

>> Trung Quốc tạo "đột phá" mới trong sản xuất chip

Cuối năm 2020, các chuyên gia ước tính 1 giờ mất điện tại nhà máy chế tạo của Micron (Mỹ) ở Đài Loan có khả năng ảnh hưởng đến 10% nguồn cung sản phẩm bộ nhớ DRAM trong những tháng sau đó.

Vào mùa hè năm ngoái, Đài Loan cũng xảy ra hàng chục vụ mất điện do nắng nóng, dẫn đến trục trặc đường dây cấp nguồn, máy biến áp điện và cáp cao áp. Không chỉ ảnh hưởng tới gần 20.000 người dân, các vụ mất điện cũng đặt các nhà máy sản xuất chip của hòn đảo này vào tình trạng báo động.

Mức tiêu thụ năng lượng hàng năm của TSMC (Đài Loan) từ 2016 - 2022 (tính bằng GWh) (Minh họa: Statista)

Nhiều giải pháp đã được các quốc gia đi đầu trong ngành chip thế giới đưa ra. Không chỉ thiết lập các nguồn điện dồi dào, việc nâng cấp hệ thống cơ sở hạ tầng lưới điện cũng đang là yêu cầu cấp bách. Như Đài Loan đã lên kế hoạch trị giá 4,9 tỷ USD nhằm cải thiện khả năng phục hồi của lưới điện và sự ổn định của mạng cung cấp điện trong 10 năm tới.

Bên cạnh đó, áp dụng các công nghệ để giảm tối đa thời gian chết khi mất điện cũng là một giải pháp. Các bộ UPS có thể giúp duy trì nguồn điện liên tục để giảm ảnh hưởng của các sự cố về điện.

Các hệ thống UPS tối tân có thể cảm nhận được khi nguồn điện chính bị dao động hoặc bị cắt. Mạch bên trong của nó đủ nhanh để các thiết bị hạ lưu không bị ảnh hưởng. Sau đó, UPS sử dụng nguồn điện được lưu trữ trong pin của nó để duy trì cho đến khi nguồn điện lưới được phục hồi hoặc có máy phát điện chạy bằng khí đốt hoặc dầu diesel. Tuy nhiên, giải pháp này chưa khả thi cho hoạt động sản xuất cường độ cao như ngành bán dẫn.

Trong bối cảnh Việt Nam muốn tham gia vào chuỗi cung ứng sản xuất chip của thế giới, năng lượng là một vấn đề đáng lưu tâm. Chỉ riêng gã khổng lồ TSMC của Đài Loan trong năm 2022 đã tiêu thụ gần 22.000 GWh năng lượng, theo Statista. Lượng điện năng khổng lồ này vượt xa khả năng cung ứng của Việt Nam, khi tính đến cuối 2022, sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu toàn hệ thống của nước ta là 268,4 tỷ kWh. Đây rõ ràng là một thức thức để Việt Nam thu hút được các “đại bàng” trong ngành chip thế giới.