Thời đại sức mạnh tính toán AI, các anh hùng tranh đấu, ngành công nghiệp chip nội địa đẩy mạnh nhiều hướng tiến công, thúc đẩy đột phá nhanh chóng

Báo Séc Tư Doanh (Securities Times) phóng viên Vương Nhất Minh

Năng lực tính toán AI (AI computing power) trở thành điểm khởi đầu tái định hình ngành công nghiệp chip.

Trong những năm gần đây, do định luật Moore chậm lại và hiệu năng của một chip đơn lẻ khó đáp ứng nhu cầu bùng nổ về năng lực tính toán, giới công nghiệp toàn cầu đã hình thành hai con đường đột phá: đóng gói tiên tiến và tích hợp hệ thống theo mô hình siêu nút (supernode). Trong bối cảnh đó, các khâu trong chuỗi công nghiệp chip nội địa của Trung Quốc, bao gồm EDA (tự động hóa thiết kế điện tử), đóng gói tiên tiến, thiết bị bán dẫn và các công nghệ liên kết tốc độ cao, đang tăng tốc bố trí trong lĩnh vực năng lực tính toán AI.

Khi đề cập xu hướng của ngành trong nước, Giám đốc Bộ phận Doanh nghiệp của công ty Nghiên cứu Chipmec (芯谋研究) Wang Xiaolong nói với phóng viên Báo Séc Tư Doanh rằng, khi chiến lược tự chủ và kiểm soát được của ngành bán dẫn Trung Quốc tiếp tục đi sâu, dù tiến trình công nghệ chế tạo bị hạn chế ở một mức độ nhất định, chuỗi công nghiệp trong nước vẫn có thể “quy trình chế tạo ở mức vừa phải + đóng gói tiên tiến + tối ưu hóa hệ thống và hệ sinh thái” để đi ra một lộ trình phát triển bán dẫn mang đặc trưng Trung Quốc. Điều này được kỳ vọng sẽ giảm bất lợi mang tính cơ cấu và rủi ro mang tính hệ thống mà Trung Quốc phải đối mặt trong cuộc cạnh tranh của AI và công nghệ tính toán tiên tiến thế hệ mới.

Cạnh tranh EDA chuyển sang tích hợp cấp hệ thống

Là lớp trên cùng trong ngành công nghiệp chip, người làm EDA cảm nhận rất rõ xu hướng tái thiết kế chip dưới tác động của AI.

“Với từ đa chiplet đến siêu nút, độ phức tạp hệ thống ở mức độ trước nay chưa từng có. Trong lĩnh vực phần cứng AI, thứ mà khách hàng phải đối mặt không còn là thách thức thiết kế chỉ một chip đơn lẻ, mà là rủi ro mang tính hệ thống do Chiplet, đóng gói tiên tiến, tích hợp dị cấu trúc, bộ nhớ băng thông cao, liên kết siêu tốc, mạng lưới nguồn điện hiệu quả và kiến trúc trung tâm dữ liệu AI mang lại. Điều này bao gồm việc tản nhiệt không được tính toán đầy đủ dẫn đến hiện tượng quá nhiệt và cong vênh của toàn bộ máy; lỗi thiết kế mạng lưới cấp nguồn khiến điểm nối ở phần đóng gói bị đứt cầu chì khi chịu tải cao; thiếu góc nhìn về quản lý tín hiệu cấp hệ thống khiến hàng chục triệu USD cho việc chạy thử wafer sau khi lắp ráp vẫn không thể bật sáng…” Người sáng lập, Chủ tịch Tập đoàn (doanh nghiệp) Silicon AI và bán dẫn, Ling Feng, cho biết tại một buổi ra mắt gần đây.

Ling Feng chỉ ra rằng, để giải quyết các vấn đề nêu trên, các nhà cung cấp EDA cần xây dựng tư tưởng “Tích hợp và phối hợp cấp hệ thống (STCO)”, nhằm thực hiện thiết kế phối hợp trong tính toán, mạng, cung cấp điện, làm mát và cấu trúc hệ thống.

Ba “ông lớn” EDA toàn cầu đã dùng tiền thật để mua lại, xác nhận xu hướng của ngành. Năm 2025, Synopsys mua lại Ansys, công ty EDA mô phỏng số 1 toàn cầu, với giá 35 tỷ USD, bổ sung năng lực mô phỏng đa trường vật lý (multi-physics), đồng thời củng cố khả năng phân tích end-to-end từ chip đến hệ thống.

Các nhà sản xuất chip AI trong nước cũng đang tích cực bố trí và đầu tư ở cấp độ hệ sinh thái. Sun Guoliang, Phó Tổng giám đốc cấp cao kiêm Giám đốc sản phẩm (Chief Product Officer) của công ty Muxi (沐曦股份), mới đây đã giới thiệu tại diễn đàn SEMICON rằng Muxi xây dựng “ma trận sản phẩm GPU hoàn chỉnh” dựa trên kiến trúc thống nhất tự nghiên cứu, bao phủ các kịch bản như huấn luyện AI, suy luận, kết xuất đồ họa, trí tuệ khoa học, v.v.; phần mềm tự nghiên cứu đi kèm tương thích toàn diện với hệ sinh thái chủ lưu và đồng thời tích cực thúc đẩy xây dựng hệ sinh thái mã nguồn mở.

Theo Wang Xiaolong, một hệ sinh thái phần mềm tốt có vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất sử dụng phần cứng, từ đó thúc đẩy chip AI nội địa từ “thay thế để dùng được” sang “tự chủ dùng thật sự thuận tiện”. Ví dụ, đằng sau việc các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) nội địa như DeepSeek, Qianwen… gây tiếng vang rộng rãi, là việc chip AI nội địa đã đạt mức cải thiện rất lớn về hiệu suất sử dụng.

Kết hợp lai (hybrid bonding) nâng công nghệ cốt lõi của năng lực tính toán

Ở tầng phần cứng, trong kỷ nguyên AI với năng lực tính toán khổng lồ, khi chip đơn lẻ phải đối mặt với ba “nút thắt” là công suất tiêu thụ, diện tích và tỷ lệ đạt (yield), đóng gói tiên tiến trở thành “vật mang” mới cho “định luật Moore” mới. Lấy CoWoS của TSMC làm ví dụ: mỗi thế hệ đều tích hợp thêm nhiều GPU hơn, HBM (bộ nhớ băng thông cao) dung lượng lớn hơn và liên kết mạnh hơn. Hiện nay, các “ông lớn” chip AI như NVIDIA và AMD đều đã đạt được bước nhảy nâng cấp về năng lực tính toán của chip AI thông qua công nghệ đóng gói tiên tiến.

Tại diễn đàn SEMICON năm nay, Guo Xiaochao, Giám đốc thị trường của mảng gia công (outsourcing) tại Công ty TNHH Cổ phần Tích hợp mạch điện tử Vũ Hán (武汉新芯集成电路股份有限公司), đã đề cập xu hướng mới nhất của ngành. Ông cho biết thị trường đóng gói tiên tiến, đặc biệt là lĩnh vực 2.5D/3D, đang nhanh chóng mở rộng; giải pháp chủ đạo của ngành đã tiến hóa từ CoWoS-S sang CoWoS-L, SoW và 3.5D XDSiP. Quy mô tích hợp tiếp tục tăng, kết hợp lai là chìa khóa để thực hiện liên kết mật độ cao, đồng thời là công nghệ cốt lõi để nâng năng lực tính toán. Không chỉ cần đột phá về quy trình, mà còn cần sự hợp tác đồng bộ về phương pháp thiết kế, vật liệu và thiết bị.

Ở tầng thiết bị nội địa, Bắc Phương Hoa Tạo (North Huachuang) (002371) gần đây đã công bố thiết bị kết hợp lai cho wafer 12 inch trên nền chip (D2W). Được biết, thiết bị này tập trung vào yêu cầu giới hạn đối với liên kết chip trong toàn bộ phạm vi ứng dụng tích hợp 3D như SoC, HBM, Chiplet, v.v., đồng thời vượt qua các thách thức then chốt trong quy trình như gắp không tổn thương chip siêu mỏng ở mức micron, căn chỉnh độ chính xác siêu cao ở mức nano và kết hợp liên kết ổn định chất lượng cao không có lỗ rỗng. Nhờ đó, đạt được sự cân bằng tối ưu hơn giữa độ chính xác căn chỉnh nano của chip và năng lực sản xuất liên kết tốc độ cao, trở thành doanh nghiệp đầu tiên trong nước hoàn tất xác nhận quy trình ở phía khách hàng đối với thiết bị D2W kết hợp lai.

Tech Top (拓荆科技) cũng đã giới thiệu dòng sản phẩm 3D IC tại diễn đàn SEMICON, bao gồm nhiều sản phẩm mới như kết hợp liên kết bằng hàn nóng chảy (melting bonding) và bóc tách bằng laser, tập trung chủ yếu vào các ứng dụng liên quan đến tích hợp dị cấu trúc Chiplet, xếp chồng ba chiều và HBM.

Trong những năm gần đây, thiết bị kết hợp lai đã trở thành một phân khúc trong ngành thiết bị bán dẫn có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất. Công ty tư vấn thị trường Yole dự đoán rằng đến năm 2030, quy mô thị trường toàn cầu sẽ vượt 1,7 tỷ USD; trong đó tốc độ tăng trưởng kép năm (CAGR) của thiết bị kết hợp lai D2W dự kiến cao tới 21%.

Tuy nhiên, một số lãnh đạo phụ trách liên quan của các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn cỡ lớn cũng chỉ ra rằng, dù thị trường thiết bị kết hợp lai có tốc độ tăng nhanh mạnh, nó vẫn phải đối mặt với các thách thức như độ chính xác căn chỉnh, môi trường sạch và khả năng chứa/ứng xử với cong vênh (翘曲 bao容). Đồng thời, ở các bối cảnh ứng dụng khác nhau của kết hợp lai, sự lựa chọn vật liệu cho bề mặt tiếp giáp cũng có khác biệt. Tổ hợp giữa vật liệu điện môi như SiCN (vật liệu trạng thái vô định hình) và đồng (copper) có ưu, nhược điểm riêng; hình thái bề mặt, kiểm soát hạt và độ cong vênh của wafer trực tiếp ảnh hưởng đến tỷ lệ hàn/ghép đạt (yield) của mối liên kết. Tích hợp ba chiều phụ thuộc vào sự hợp tác toàn diện của toàn ngành.

Xuất bản Bạch thư hệ thống công nghệ siêu nút

Một con đường đột phá khác để mở rộng năng lực tính toán AI là tích hợp hệ thống siêu nút: thông qua công nghệ liên kết tốc độ cao, các đơn vị tính toán từ siêu nút đơn lẻ (single node) và cấp tủ/máy (rack-level supernode, với hàng trăm chip AI) được mở rộng lên siêu nút cấp cụm (cluster-level supernode, với hàng chục triệu chip AI). Sự kết hợp giữa siêu nút và đóng gói tiên tiến tạo ra “siêu máy tính” được cấu thành từ rất nhiều chip AI, HBM, mạng liên kết tốc độ cao và hệ thống tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng (liquid cooling).

Các đại công ty trong nước cũng có đổi mới và triển khai trong lĩnh vực siêu nút. Ngày 26 tháng 3, Tập đoàn Tư duy (Trung Quốc) (中科曙光) (603019) tại đại hội thường niên diễn đàn Zhongguancun (中关村) (000931) đã giới thiệu siêu nút dạng “hộp cuộn cáp không dây” quy mô scaleX40 đầu tiên trên thế giới. Theo giới thiệu, các siêu nút truyền thống phụ thuộc vào liên kết cáp quang (fiber) và cáp đồng, thường gặp các điểm đau như thời gian triển khai dài, độ phức tạp vận hành-bảo trì cao và nhiều điểm có thể phát sinh lỗi. scaleX40 sử dụng kiến trúc liên kết cấp 1 bằng cáp không dây trực giao (orthogonal), cho phép các node tính toán cắm trực tiếp vào node chuyển mạch (switch/交换节点). Từ gốc, nó loại bỏ hao tổn hiệu năng và rủi ro vận hành do cáp gây ra.

scaleX40 tích hợp 40 tấm GPU trên mỗi node đơn (single node), tổng năng lực tính toán vượt 28 PFlops, tổng dung lượng hiển thị của HBM (tổng VRAM) vượt 5TB, băng thông tổng truy cập (访存总带宽) vượt 80TB/s. Hình thành các đơn vị năng lực tính toán mật độ cao, đáp ứng nhu cầu huấn luyện và suy luận cho các mô hình quy mô hàng nghìn tỷ tham số.

Phó Tổng giám đốc cấp cao Li Bin của Tập đoàn Tư duy (中科曙光) cho biết, ý nghĩa của scaleX40 không chỉ nằm ở việc nâng hiệu năng, mà còn ở chỗ tái cấu trúc logic bàn giao năng lực tính toán; thúc đẩy năng lực tính toán từ “xây dựng theo kiểu kỹ thuật (engineering)” chuyển sang “cung cấp theo dạng sản phẩm (productized supply)”, từ đó giảm đáng kể ngưỡng sử dụng năng lực tính toán cao cấp và chi phí triển khai.

Ở cấp độ ngành, ngày 29 tháng 3, “Bạch thư hệ thống công nghệ siêu nút” (《超节点技术体系白皮书》, gọi tắt là “Bạch thư” dưới đây), do Phòng thí nghiệm Trí tuệ Nhân tạo Thượng Hải kết hợp cùng các doanh nghiệp ở thượng nguồn và hạ nguồn trong chuỗi công nghiệp AI như 奇异摩尔, Muxi (沐曦), 阶跃星辰… cùng hoàn thành, đã chính thức được công bố. Bạch thư này nhằm mục tiêu thúc đẩy triển khai siêu nút theo quy mô lớn, giải quyết các “điểm đau” cốt lõi như khó phối hợp dị cấu trúc (heterogeneous协同难), hiệu suất điều phối liên miền (跨域调度效率低) thấp và triển khai theo dạng kỹ thuật (engineering) phức tạp; đồng thời cung cấp hướng dẫn lý luận từ góc nhìn thực tiễn của ngành.

奇异摩尔 cho rằng, trong tương lai, giá trị của siêu nút sẽ thể hiện nhiều hơn ở việc liệu có thể tổ chức tính toán, lưu trữ, kết nối, điều độ và tài nguyên runtime thành một đơn vị hệ thống phối hợp thống nhất hay không, và duy trì năng lực băng thông cao, độ trễ thấp, hiệu suất sử dụng cao cũng như khả năng mở rộng bền vững ở quy mô lớn hơn. Siêu nút không còn chỉ là “tổ hợp thêm nhiều chip tăng tốc”, mà là một đơn vị kiến trúc mới quyết định liệu hệ thống có thể duy trì phối hợp hiệu quả trong điều kiện quy mô lớn hay không.

(Ban biên tập: Đổng Pingping ）

     【Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm】Bài viết này chỉ đại diện cho quan điểm cá nhân của tác giả và không liên quan đến Hexun. Trang web của Hexun giữ thái độ trung lập đối với các tuyên bố, quan điểm đánh giá trong bài viết, và không đưa ra bất kỳ bảo đảm rõ ràng hay ngụ ý nào về tính chính xác, độ tin cậy hoặc tính đầy đủ của nội dung được bao gồm. Vui lòng độc giả chỉ dùng để tham khảo và tự chịu toàn bộ trách nhiệm. Email：news_center@staff.hexun.com

Báo cáo