NexFuture (27/12/2025) – Trong khi cả thế giới bán dẫn đang cuốn vào cuộc đua "đốt tiền" để thu nhỏ con chip xuống 2nm hay 1nm trên những tấm wafer tròn truyền thống, thì Nhật Bản lại âm thầm thực hiện một cú "rẽ ngang" chấn động. Không còn là những tấm silicon tròn trịa, tương lai của Chip AI có thể sẽ nằm trên những tấm thủy tinh vuông vức khổng lồ.
Tại sao lại là thủy tinh? Và tại sao sự thay đổi hình học đơn giản này lại khiến Intel hay TSMC phải dè chừng? Hãy cùng phân tích bước đi táo bạo của người Nhật.
1. "Lời nguyền" hình học của tấm Wafer Silicon tròn
Suốt hơn nửa thế kỷ qua, hình ảnh biểu tượng của ngành bán dẫn luôn là những tấm wafer silicon lấp lánh hình tròn. Nhưng ít ai biết rằng, hình tròn đó chính là một sự lãng phí khổng lồ.
Tại sao lại là hình tròn?
Về mặt vật lý, để tạo ra silicon tinh khiết, người ta phải nuôi các tinh thể silicon nóng chảy và kéo chúng lên xoay tròn, tạo thành một khối hình trụ (giống như đúc một cây giò chả khổng lồ). Khi cắt lát cây silicon đó ra, ta được các tấm wafer hình tròn.
Sự lãng phí không thể tránh khỏi
- Vấn đề nằm ở chỗ: Chip máy tính lại hình vuông hoặc chữ nhật. Hãy tưởng tượng bạn cố gắng xếp kín các viên gạch hình vuông vào trong một cái mâm hình tròn. Dù bạn có xếp khéo đến đâu, phần rìa cong của cái mâm vẫn sẽ bị bỏ trống.
- Thực tế: Phần diện tích rìa wafer bị bỏ phí là rất lớn.
- Hậu quả: Chi phí sản xuất trên mỗi con chip bị đội lên, năng suất bị giới hạn bởi đường kính tối đa của wafer (hiện tại dừng ở mức 300mm).
2. Rapidus và cuộc cách mạng 600mm: Lấy lượng đổi chất
Rapidus "ngôi sao hy vọng" mới của ngành bán dẫn Nhật Bản đã quyết định không đi theo lối mòn. Họ bắt tay vào nghiên cứu và triển khai quy trình sản xuất chip trên các tấm nền thủy tinh vuông (Glass Substrate) với kích thước lên tới 600mm x 600mm.
Đây là một con số khủng khiếp nếu so với chuẩn 300mm hiện tại.
- Hình vuông khít: Không còn góc chết, diện tích sử dụng gần như đạt 100%.
- Sản lượng gấp 10 lần: Nhờ diện tích bề mặt lớn hơn và không bị lãng phí ở rìa, một tấm thủy tinh 600mm có thể cho ra đời số lượng chip AI nhiều gấp 10 lần so với một tấm wafer 300mm truyền thống.
Nếu ví wafer silicon cũ là chiếc bánh pizza cỡ nhỏ mà bạn phải vứt bỏ phần viền, thì tấm thủy tinh mới của Nhật Bản giống như một khay bánh nướng khổng lồ, nơi bạn có thể tận dụng đến từng milimet bột.
3. Thủy tinh: "Đường cao tốc" cho dữ liệu AI
Không chỉ là bài toán kinh tế, việc chuyển sang thủy tinh còn giải quyết được những giới hạn vật lý mà silicon đang gặp phải khi xử lý các tác vụ AI nặng nề.
Nếu ví chất nền silicon truyền thống như mặt đường nhựa:
Khi "mật độ xe" (các đường mạch điện) quá đông, mặt đường dễ bị nóng lên, lồi lõm và biến dạng.
Điều này gây ra nhiễu tín hiệu và giới hạn tốc độ xử lý.
Thì chất nền thủy tinh chính là đường cao tốc bê tông phẳng lỳ:
- Độ phẳng tuyệt đối: Thủy tinh cứng hơn và phẳng hơn silicon, cho phép các kỹ sư khắc những đường mạch điện cực nhỏ và đặt chúng sát nhau hơn mà không sợ bị lệch tiêu cự quang học.
- Chịu nhiệt tốt hơn: Chip AI hoạt động thường tỏa nhiệt cực lớn. Thủy tinh ít bị biến dạng nhiệt, giúp con chip hoạt động ổn định trong thời gian dài.
- Tốc độ cao, điện năng thấp: Vật liệu thủy tinh giúp giảm thất thoát tín hiệu điện, đáp ứng cơn khát tốc độ của các trung tâm dữ liệu (Data Center) và siêu máy tính.
4. Tại sao Nhật Bản làm được điều này trước Intel hay TSMC?
Nhiều người sẽ tự hỏi: Nếu thủy tinh tốt thế, tại sao các ông lớn Mỹ hay Đài Loan chưa làm đại trà? Câu trả lời nằm ở hai chữ: Di sản.
Xử lý thủy tinh rất khó. Nó dễ vỡ và khó thao tác hơn silicon dẻo dai. Nhưng Nhật Bản lại nắm trong tay một "vũ khí bí mật" mà không quốc gia nào có được: 30 năm thống trị ngành màn hình LCD và OLED.
Từ thời hoàng kim của Sony, Sharp hay Panasonic, các kỹ sư Nhật Bản đã quá quen thuộc với việc xử lý những tấm kính màn hình TV khổng lồ, mỏng như lá lúa mà vẫn đảm bảo độ phẳng tuyệt đối.
Những công nghệ tráng phủ, cắt lớp, và di chuyển tấm kính khổ lớn vốn là tiêu chuẩn của ngành màn hình nay được Rapidus "bê" sang ngành bán dẫn.
Với Rapidus, đây không phải là cuộc cách mạng từ con số 0, mà là sự chuyển hóa tinh hoa cũ để mở ra tương lai mới. Họ đang dùng chính thế mạnh sở trường của người Nhật để đánh vào điểm yếu của đối thủ.
Kết luận
Việc chuyển từ Wafer tròn sang tấm nền thủy tinh vuông 600mm không chỉ đơn thuần là thay đổi hình học. Đó là tuyên bố của Nhật Bản về việc quay trở lại đường đua công nghệ toàn cầu. Trong kỷ nguyên AI, ai nắm giữ được công nghệ sản xuất chip hiệu suất cao với chi phí thấp nhất, người đó sẽ làm chủ cuộc chơi. Và có vẻ như, người Nhật đã tìm thấy "chìa khóa vàng" của riêng mình.
