Kế hoạch chế tạo chip lớn nhất trong lịch sử được khởi động - Tại sao Musk có nhu cầu lớn đến vậy

Tỷ phú thế giới, CEO Tesla Elon Musk đã tuyên bố với thế giới một trong những tầm nhìn đầy tham vọng nhất của ông cho đến nay — dự án Terafab.

Ngày 22 tháng 3, Musk đã tổ chức lễ công bố dự án Terafab tại Austin, Texas, Mỹ, chính thức khởi động dự án hợp tác giữa Tesla, SpaceX và xAI để xây dựng nhà máy wafer 2 nanomet, được xem là bước đột phá của Musk nhằm vượt qua khủng hoảng cung ứng chip toàn cầu.

Dự án này, được Tesla gọi là “nhà máy sản xuất chip quy mô lớn nhất từ trước đến nay”, mục tiêu sản xuất hàng năm 1 terawatt (TW) chip AI có khả năng tính toán, chủ yếu được triển khai trong không gian. Musk cho biết, hiện nay sản lượng AI toàn cầu hàng năm khoảng 20 gigawatt, năng lực của Terafab tương đương gấp 50 lần so với con số này.

Yêu cầu tính toán của Tesla và SpaceX vượt xa nguồn cung hiện tại

Mục tiêu của Terafab quá lớn đến mức chính Musk trong bài phát biểu còn dùng các từ như “điên rồ”, “giới hạn vật lý” để mô tả kế hoạch của mình.

Phía sau đó là thực tế về khoảng cách thiếu hụt năng lực sản xuất chip toàn cầu, cũng như mong muốn của Musk trong việc mở rộng tính toán không gian và thúc đẩy nền văn minh đa hành tinh. Trong tầm nhìn của ông, Terafab sẽ ưu tiên giải quyết vấn đề thiếu chip trong ngắn hạn, hỗ trợ sản xuất hàng loạt robot Optimus và mạng lưới vệ tinh AI trong không gian; trung hạn dựa vào năng lực tính toán không gian giá rẻ để mở rộng các ứng dụng và tăng quy mô kinh tế Trái Đất; còn dài hạn, dự kiến dựa vào căn cứ trên mặt trăng để đạt được bước nhảy vọt về năng lực tính toán, thúc đẩy loài người trở thành sinh vật đa hành tinh và tiến tới “văn minh ngân hà”.

Hai nhà máy wafer, quy trình khép kín toàn diện chưa từng có

Tại sao nhất định phải tự mình sản xuất chip? Theo Musk, năng lực sản xuất chip hiện tại trên toàn cầu hoàn toàn không thể đáp ứng nhu cầu trong tương lai của ông.

Dù Musk rõ ràng nói rằng sẽ trực tiếp thông báo cho các nhà cung cấp như Samsung, TSMC, Micron về việc tiếp tục mua chip và cảm ơn các chuỗi cung ứng hiện tại, nhưng tốc độ mở rộng của các nhà cung cấp này hoàn toàn không thể đáp ứng nhu cầu cấp bách của dự án, ông thẳng thắn: “Hoặc xây dựng được Terafab, hoặc chúng ta sẽ không còn chip để dùng.”

Musk giới thiệu, trong Terafab có hai nhà máy wafer, mỗi nhà máy tập trung vào một loại chip, và sẽ thực hiện quy trình khép kín toàn diện từ đầu đến cuối.

Đáng chú ý, Terafab sẽ phá vỡ mô hình phân công sản xuất chip hiện nay trên toàn cầu, tập trung toàn bộ chuỗi từ khắc mặt nạ, sản xuất chip, đóng gói, thử nghiệm, tối ưu hóa mặt nạ đến tái chế trong một nhà máy duy nhất, tạo thành vòng lặp nhanh “sản xuất mặt nạ — chế tạo chip — thử nghiệm — tối ưu mặt nạ — tái chế” với tốc độ cao.

Musk tiết lộ, hiện tại chưa có nhà máy nào trên thế giới có thể tích hợp toàn bộ các bước như logic, bộ nhớ, đóng gói, thử nghiệm, khắc mặt nạ, để thực hiện quy trình toàn diện này, tốc độ lặp lại của họ cao hơn gấp hàng số lần so với dây chuyền sản xuất thông thường, đủ khả năng thử nghiệm công nghệ chip cực hạn và nghiên cứu các hướng vật lý mới.

“Chúng tôi không chỉ sản xuất chip theo cách truyền thống, tôi nghĩ rằng có một số hướng vật lý mới rất thú vị và khả thi. Chỉ cần thời gian, chúng tôi chắc chắn sẽ thành công. Chúng tôi sẽ thực sự đẩy chip tính toán đến giới hạn vật lý,” Musk bổ sung.

Về ứng dụng, ông giới thiệu, hai nhà máy wafer của nhà máy sẽ phân chia rõ ràng, tập trung vào sản xuất hàng loạt hai loại chip, phù hợp chính xác với các nhu cầu khác nhau của từng bối cảnh.

Musk dự định sản xuất nhiều loại chip khác nhau

Loại thứ nhất là chip tối ưu hóa suy luận biên, chủ yếu dùng cho robot hình người Optimus và hệ thống tự lái của Tesla, trong đó thị trường robot là nhu cầu cốt lõi. Musk dự đoán, sản lượng ô tô toàn cầu hàng năm khoảng 100 triệu chiếc, trong tương lai, sản lượng robot hình người sẽ đạt từ 1 tỷ đến 10 tỷ chiếc mỗi năm, nhu cầu gấp 10 đến 100 lần ô tô, Tesla đặt mục tiêu chiếm phần lớn trong đó, và loại chip này cũng sẽ mở rộng sản xuất theo.

Loại thứ hai là chip tùy chỉnh công suất cao cho không gian, phù hợp với môi trường cực đoan ngoài không gian, được triển khai trong mạng trung tâm dữ liệu AI quỹ đạo của SpaceX. Trong không gian, tồn tại các vấn đề bức xạ ion năng lượng cao, photon, electron tích tụ, khiến chip chống nhiễu, chống lão hóa, chống bức xạ cao hơn các sản phẩm trên mặt đất; đồng thời để giảm tải trọng của bộ tản nhiệt ngoài không gian, nhiệt độ vận hành của chip sẽ cao hơn một chút so với chip thông thường trên mặt đất, các tham số công nghệ và tiêu chuẩn chịu lỗi đều được tùy chỉnh riêng.

Chuyển hướng triển khai tính toán sang không gian, dự kiến trong 2-3 năm chi phí sẽ thấp hơn mặt đất

Tập trung của dự án Terafab đặt vào không gian, chủ yếu xuất phát từ quan điểm của Musk rằng năng lượng và tính toán của Trái Đất có giới hạn tự nhiên.

Ông trình bày dữ liệu cho thấy, Trái Đất chỉ nhận được 1 phần 500 triệu tổng năng lượng mặt trời, mặt trời chiếm 99,8% khối lượng của hệ mặt trời, tổng sản lượng điện năng hàng năm của loài người chỉ tương đương 1 phần tỷ của năng lượng mặt trời, ngay cả khi năng lượng của con người tăng gấp 100.000 lần, cũng chỉ chạm tới 1 phần triệu năng lượng mặt trời, việc mở rộng năng lực tính toán của Trái Đất có giới hạn không thể vượt qua.

Trong khi đó, triển khai tính toán trong không gian có lợi thế rõ rệt về mặt định lượng: không khí không gây giảm năng lượng, không có ngày đêm hay mùa vụ, vệ tinh luôn hướng về mặt trời, hiệu quả thu năng lượng mặt trời cao hơn mặt đất gấp hơn 5 lần, không cần các hệ thống lưu trữ lớn; tấm pin năng lượng mặt trời ngoài không gian không cần kính dày hay khung chống chịu thời tiết khắc nghiệt, chi phí phần cứng thấp hơn; ngược lại, trên Trái Đất, các vị trí triển khai năng lực tính toán chất lượng cao ngày càng khan hiếm, chi phí mở rộng ngày càng tăng, còn trong không gian, có thể mở rộng vô hạn, quy mô càng lớn, chi phí đơn vị càng thấp.

Musk dự đoán, trong vòng 2-3 năm tới, chi phí triển khai năng lực tính toán AI trong không gian sẽ thấp hơn trên mặt đất, “một khi chi phí đưa vào quỹ đạo giảm xuống, việc đưa năng lực AI vào không gian trở nên gần như rõ ràng và cực kỳ có lợi. Và khi quy mô mở rộng, không gian sẽ ngày càng rẻ hơn, dễ dàng hơn; còn trên mặt đất, với ngày càng nhiều các điểm triển khai, không gian ngày càng hạn chế.”

Vì vậy, ông cho rằng, phân bổ năng lực tính toán cũng sẽ theo từng bối cảnh, do hạn chế về cung cấp điện, mỗi năm Trái Đất chỉ triển khai khoảng 100-200 gigawatt (GW) năng lực tính toán (khoảng 20% tổng công suất), còn lại phần lớn năng lực tính toán hàng terawatt (chiếm khoảng 80% tổng công suất) sẽ được đưa vào quỹ đạo.

“Để đạt được 1 TW năng lực tính toán mỗi năm, dựa trên mỗi tấn 100 kW, chúng ta cần vận chuyển khoảng 10 triệu tấn tải trọng vào quỹ đạo mỗi năm. Chúng tôi tự tin làm được điều này, không cần bất kỳ quy luật vật lý mới nào, điều này không phải là điều không thể. Tôi tin rằng SpaceX có thể đưa 10 triệu tấn vào quỹ đạo mỗi năm,” Musk nói.

Không chỉ 1 TW, căn cứ mặt trăng hướng tới mở rộng gấp nghìn lần năng lực

Terafab không phải là mục tiêu cuối cùng của Musk.

Ông còn công bố kế hoạch dài hạn, dự kiến xây dựng các bộ truyền động quang điện trên mặt trăng để mở rộng năng lực tính toán gấp nghìn lần. Ông cho rằng, mặt trăng không có khí quyển, trọng lực chỉ bằng 1/6 Trái Đất, không cần phóng tên lửa, có thể dùng bộ truyền động để đẩy tải trực tiếp tới vận tốc thoát khỏi trọng trường, quy mô tính toán sẽ tăng gấp 1000 lần so với 1 TW ban đầu (tức đạt mức peta-watt), giảm đáng kể chi phí triển khai xa vạn dặm.

“Tôi thật sự rất mong được chứng kiến bộ truyền động quang điện trên mặt trăng được hoàn thành, điều đó sẽ vô cùng ngoạn mục,” Musk nói.

Theo ông, kế hoạch này rõ ràng mang lại tăng trưởng về kinh tế và năng lực: sau khi bộ truyền động mặt trăng hạ cánh, con người có thể khai thác 1 phần triệu năng lượng mặt trời, quy mô năng lượng này có khả năng thúc đẩy quy mô kinh tế Trái Đất tăng gấp 1 triệu lần, “rồi chúng ta sẽ tiếp tục mở rộng tới các hành tinh khác, các sao khác, tạo ra một tương lai thú vị nhất mà tôi có thể tưởng tượng.”

Musk dự báo, “Chúng ta sẽ bay qua mặt trăng, bay qua sao Hỏa, du hành qua vành đai sao Thổ. Hãy tưởng tượng nếu bạn có thể mua vé máy bay tới sao Thổ, thậm chí trong tương lai, đi tới sao Thổ có thể không cần mua vé, mà là du lịch miễn phí. Nghe có vẻ điên rồ, nhưng nếu quy mô kinh tế có thể tăng lên gấp 1 triệu lần hiện tại, mọi nhu cầu của bạn gần như đều có thể được đáp ứng.”