Công nghiệp quốc phòng Mỹ phụ thuộc vào Đài Loan như thế nào?

Các hệ thống quân sự tinh vi cũng có cấu tạo gồm nhiều chip logic và bộ nhớ như những thiết bị dân dụng. Trong khi lĩnh vực chế tạo chip thương mại thường được dẫn dắt bởi yếu tố chi phí – đòi hỏi quy mô lớn và tốc độ triển khai nhanh, thì nhu cầu về chất bán dẫn quân sự lại đề cao tính hiệu suất với những con chip cực bền, đáng tin cậy, có khả năng chịu nhiệt và bức xạ tốt nhờ thành phần nguyên liệu sở hữu mật độ electron linh động cao cùng khe vùng (bandgap) trực tiếp lớn. Có thể kể tới các mạch tích hợp FPGA1, RFIC2, MMIC3 được chế tạo từ gali arsenide (GaAs)4 và gallium nitride (GaN)5, thường xuất hiện trên những thiết bị quét phổ điện từ, dò tín hiệu, liên lạc quân sự, không gian, radar, hệ thống gây nhiễu,…

Đài Loan chính là mắt xích trung tâm trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu. Công ty WIN Semiconductors của đảo này hiện nắm giữ 9,1% thị trường mạch GaAs – chỉ đứng sau Skyworks (30,6%) và Qorvo (28,6%) tại Mỹ, nhưng lại chiếm thị phần đúc GaAs lớn nhất (79,2%). Ba tên tuổi đứng sau là AWSC có trụ sở tại Đài Nam (8,6%), GCS tại California (4,2%) và Wavetek tại Tân Trúc (3,4%). Như vậy, chỉ riêng ba hãng Đài Loan đã cùng nhau thống trị lĩnh vực đúc GaAs với hơn 90%.

Nước Mỹ từng kiểm soát chặt hoạt động sản xuất chất bán dẫn quân sự để duy trì lợi thế cạnh tranh chiến lược. Các nhà thầu quốc phòng chủ chốt của nước này như Lockheed Martin, Raytheon, Northrop Grumman,… đều duy trì những xưởng đúc chip riêng ở trong nước và cả trong nội bộ, được chứng nhận bởi chương trình Trusted Foundry (tạm dịch: Chế tạo chip tin cậy) của Ngũ Giác Đài (Pentagon). Công nghệ chế tạo bán dẫn quân sự thường có vòng đời dài hơn và ít chịu áp lực đầu tư các thiết bị đắt đỏ như trên những tiến trình đúc chip thương mại tiên tiến. Tuy nhiên, các hệ thống vũ khí mới của Mỹ lại đang sử dụng ngày càng nhiều những con chip được sản xuất bằng quy trình như vậy, khiến Đài Loan nổi lên như là nhà cung cấp quan trọng nhất. Chẳng hạn, mô-đun xử lý việc truyền/nhận tín hiệu trên một hệ thống radar sẽ dùng mạch FPGA do TSMC – nhà sản xuất số 1 thế giới thiết bị này – cung cấp.

Hiện tại, phần lớn các dây chuyền chế tạo CPU, GPU và chip nhớ tiên tiến nhất đều đang được đặt bên ngoài nước Mỹ, chủ yếu là ở Đài Loan. Đây là kết quả của mô hình kinh doanh fabless (sản xuất bán dẫn không cần xây fab). Trước sự cạnh tranh gay gắt trong ngành bán dẫn Mỹ hồi thập niên 1980, chi phí chế tạo những con chip tiên tiến cũng leo theo cùng với kích thước ngày càng được thu nhỏ của bóng bán dẫn (transitor). Các hãng nhận thấy việc tách rời mảng thiết kế khỏi đúc chip sẽ cho hiệu quả tốt hơn, giúp họ tập trung và tối ưu hóa nguồn lực cho lĩnh vực thế mạnh. Do tỷ suất lợi nhuận cao từ mô hình hoàn hảo này và chi phí duy trì fab quá cao tại Mỹ, nhiều công ty bắt đầu outsource sản xuất ra nước ngoài, đích đến chủ yếu là Đài Loan.

Bất chấp những nỗ lực của chính quyền và khu vực tư nhân nhằm tăng cường năng lực chế tạo bán dẫn nội địa, nước Mỹ khó lòng giảm thiểu được sự phụ thuộc vào Đài Loan do chi phí phát triển, vận hành và duy trì các tiến trình đúc chip tiên tiến là quá lớn. Lấy ví dụ, fab trị giá 12 tỷ USD sắp đi vào hoạt động tại Arizona do TSMC xây dựng có giá thành tương đương với một tàu sân bay lớp Ford của Hải quân Mỹ. Cả chính phủ lẫn ngành công nghiệp bán dẫn Mỹ hiện đều không muốn cạnh tranh trực tiếp với những tay chơi Đài Loan – vốn đang làm quá xuất sắc. Trong khi đạo luật Chips for America Act & Fabs Act, đã được Thượng viện thông qua và đang chờ Hạ viện phê chuẩn tiếp, cam kết sẽ phân bổ 52 tỷ USD cho hoạt động R&D và sản xuất bán dẫn trong nước, thì chỉ mình TSMC đã dự kiến chi thêm 100 tỷ USD trong vòng ba năm tới.

Mặc dù sự cộng tác hiệu quả theo mô hình fabless đã đưa các hãng công nghệ Mỹ như Apple hay NVIDIA lên ngôi vương trên thị trường điện tử tiêu dùng, nhưng nó cũng gây ra những xáo trộn đáng kể đối với an ninh chuỗi cung ứng bán dẫn quốc phòng. Skyworks, nhà cung cấp mạch GaAs lớn nhất nước Mỹ, mặc dù vẫn đang duy trì tốt thị phần nhưng lại phụ thuộc vào năng lực sản xuất của WIN Semiconductor tại Đài Loan. Xilinx, Lattice, Intel và Microchip Technologies, các nhà cung cấp mạch FPGA quan trọng cũng ở vào hoàn cảnh tương tự, phục thuộc vào Đài Loan theo cách này hay cách khác. Trong khi chính Xilinx đã phát minh ra FPGA thì hầu hết các tấm wafer của họ lại đang được chế tạo bởi TSMC và UMC, riêng TSMC thì độc quyền những thiết bị tiên tiến nhất.

Sản phẩm bán dẫn Đài Loan hiện đang chiếm vai trò gần như không thể thay thế trên các hệ thống vũ khí và trang bị hiện đại của Quân lực Mỹ như tiêm kích F-35,… Khi nhu cầu về chất bán dẫn hỗn hợp (compound semiconductor)6 và COTS (chế tạo sẵn)7 vượt quá năng lực của những xưởng đúc thuộc chương trình Trusted Foundry, các nhà thầu quốc phòng Mỹ buộc sẽ phải tìm đến sự trợ giúp từ Đài Loan. Những gián đoạn của chuỗi cung ứng trong thời bình có thể chưa ngay lập tức gây hậu quả nghiêm trọng; nhưng sự đứt gã của hoạt động sản xuất trước và trong giao tranh (nếu xảy ra] sẽ là điểm nghẽn “chí tử” đối với các lực lượng Mỹ.

Chú thích

1. FPGA (Field-programmable gate array) là một loại mạch tích hợp cỡ lớn dùng cấu trúc mảng phần tử logic mà người dùng có thể lập trình được.
2. RFIC (Radio-frequency integrated circuit): mạch tần số vô tuyến tích hợp
3. MMIC (Monolithic microwave integrated circuit): mạch tích hợp vi ba nguyên khối
4. Gali arsenide (GaAs) là hợp chất của gali và asen.
5. Gallium nitride (GaN) là một hợp chất hóa học vô cơ (thành phần bao gồm hai nguyên tố gali và nitơ), đồng thời cũng là chất bán dẫn năng lượng cao.
6. Ngoài silicon còn có loại chất bán dẫn hỗn hợp, bao gồm các nguyên tố thuộc nhóm III, V, II và VI như GaAs, InP, InGaAlP,…
7. COTS (Commercial Off-The-Shelf) chỉ hoạt động thương mại không cần quầy bán hàng.