TSMC cam kết đầu tư 17 tỷ USD để sản xuất chip 3nm tiên tiến tại Nhật Bản

Nâng cấp chiến lược: Nhật Bản bước vào kỷ nguyên 3nm

Tập đoàn Sản xuất Bán dẫn Đài Loan (TSMC) chính thức xác nhận kế hoạch sản xuất các vi mạch bán dẫn 3 nanomet tiên tiến nhất tại Nhật Bản, đánh dấu bước nâng cấp lớn so với cam kết trước đây là sản xuất chip kém tiên tiến hơn tại cơ sở Kumamoto. Tổng giám đốc điều hành CC Wei công bố quyết định trong cuộc gặp cấp cao với Thủ tướng Nhật Bản Sanae Takaichi tại Tokyo, cho biết nhà máy thứ hai của công ty ở miền nam Nhật Bản giờ đây sẽ hướng tới sản xuất hàng loạt chip 3nm, thay vì các tiến trình từ 6 đến 12 nanomet như kế hoạch ban đầu.

Bước chuyển hướng chiến lược này đưa Nhật Bản trở thành địa điểm mới nhất sản xuất các chip logic tiên tiến nhất thế giới, cùng với Đài Loan và Mỹ nằm trong nhóm điểm đến sản xuất hàng đầu của TSMC. Thông báo được đưa ra khi TSMC đang chạy đua mở rộng năng lực sản xuất toàn cầu để đáp ứng nhu cầu chưa từng có đối với bộ xử lý trí tuệ nhân tạo; công ty hiện là nhà sản xuất chủ lực cho các tên tuổi hàng đầu trong ngành, trong đó có Nvidia.

Chi tiết khoản đầu tư 17 tỷ USD

Báo Yomiuri của Nhật Bản đưa tin khoản đầu tư sau khi nâng cấp sẽ vào khoảng 17 tỷ USD, tăng đáng kể so với 12,2 tỷ USD ban đầu dành cho cơ sở thứ hai ở Kyushu. TSMC xác nhận nâng cấp công nghệ lên sản xuất 3nm nhưng từ chối xác nhận con số đầu tư cụ thể. Dù vậy, quy mô vốn cam kết cho thấy tầm quan trọng then chốt của dự án đối với chiến lược toàn cầu của công ty.

Việc xây dựng nhà máy thứ hai tại Kumamoto đã bắt đầu. TSMC cho biết “công nghệ và lịch trình tăng sản lượng sẽ dựa trên nhu cầu của khách hàng và điều kiện thị trường”. Cơ sở này thuộc liên doanh mang tên Japan Advanced Semiconductor Manufacturing (JASM), với sự tham gia của Sony và các đối tác Nhật Bản khác. Trong chuyến thăm Tokyo, ông Wei bày tỏ cảm ơn chính phủ trung ương Nhật Bản, chính quyền tỉnh Kumamoto và cộng đồng địa phương vì tiếp tục ủng hộ dự án đầy tham vọng.

Khoản đầu tư này nối tiếp sự hiện diện sẵn có của TSMC trong khu vực: nhà máy Kumamoto đầu tiên của công ty bắt đầu hoạt động vào tháng 2/2024. Cơ sở ban đầu tập trung sản xuất chip bằng các công nghệ tiến trình đã được thiết lập, trong khi nhà máy mới sẽ đảm nhiệm các tiến trình 3nm tiên tiến nhất, có vai trò thiết yếu với các ứng dụng trí tuệ nhân tạo thế hệ mới.

Vì sao chip 3nm quan trọng với AI

Công nghệ tiến trình 3 nanomet hiện là đỉnh cao trong lĩnh vực sản xuất bán dẫn, cho phép các nhà thiết kế chip tích hợp thêm hàng tỷ bóng bán dẫn trong không gian nhỏ hơn, đồng thời cải thiện hiệu suất năng lượng và khả năng tính toán. Những chip tiên tiến này là động lực cho các hệ thống điện toán hiệu năng cao và máy chủ trí tuệ nhân tạo, thúc đẩy cuộc cách mạng công nghệ hiện nay trong nhiều ngành, từ xe tự hành đến trung tâm dữ liệu đám mây.

Khoảng cách giữa sản xuất 3nm và kế hoạch trước đây với tiến trình 6-12nm là đáng kể. Chip 6nm đáp ứng tốt nhiều ứng dụng trong điện tử tiêu dùng và ngành ô tô, nhưng bóng bán dẫn 3nm có hiệu quả năng lượng và tốc độ xử lý cao hơn rõ rệt. Đây là yếu tố thiết yếu để huấn luyện và vận hành các mô hình AI lớn, khi nhu cầu tính toán tăng gấp đôi sau mỗi vài tháng và mức tiêu thụ điện trở thành một khoản chi phí vận hành lớn.

Hiện TSMC chỉ sản xuất chip 3nm tại Đài Loan, đồng thời lên kế hoạch bắt đầu sản xuất tại nhà máy thứ hai ở Arizona vào năm 2027. Việc bổ sung năng lực sản xuất tại Nhật Bản giúp đa dạng hóa địa lý cho chuỗi cung ứng đang chịu sức ép ngày càng lớn từ căng thẳng địa chính trị và tình trạng tập trung sản xuất tiên tiến tại Đài Loan.

Trong cuộc gặp với Thủ tướng Takaichi, ông Wei nhấn mạnh ý nghĩa kinh tế của thông báo. Tổng giám đốc điều hành này cho biết:

Chúng tôi tin nhà máy này sẽ tiếp tục đóng góp vào tăng trưởng kinh tế địa phương và, quan trọng nhất, tạo nền tảng cho ngành AI của Nhật Bản.

Ông Wei nói thêm TSMC đang tích cực thảo luận về việc mở rộng hợp tác với khách hàng và đối tác Nhật Bản trong nhiều lĩnh vực thiết yếu đối với ngành trí tuệ nhân tạo.

Sự hậu thuẫn của chính phủ Nhật Bản và an ninh kinh tế

Chính phủ Nhật Bản xác định sản xuất bán dẫn là “dự án quốc gia”, nhằm bảo đảm nước này giữ vai trò chiến lược thiết yếu giữa cuộc cạnh tranh công nghệ của các cường quốc. Theo phân tích của Viện Brookings, Nhật Bản đang đầu tư khoảng 0,71% tổng sản phẩm quốc nội (tương đương khoảng 25,7 tỷ USD) trong giai đoạn 2022-2025 để phục hồi ngành bán dẫn, tỷ lệ cao hơn đáng kể so với mức 0,41% của Đức, 0,21% của Mỹ và 0,2% của Pháp.

Tokyo đã cấp các khoản trợ cấp đáng kể để hỗ trợ cơ sở đầu tiên của TSMC tại Kyushu và được cho là đang cân nhắc hỗ trợ tài chính bổ sung cho kế hoạch đầu tư 3nm sau nâng cấp. Thủ tướng Takaichi nhấn mạnh chip 3nm có ý nghĩa lớn đối với an ninh kinh tế, phản ánh chiến lược rộng hơn của Nhật Bản nhằm bảo đảm chuỗi cung ứng cho các ngành trọng yếu, trong đó có điện tử, sản xuất ô tô và quốc phòng.

Sự hỗ trợ của chính phủ phù hợp với chính sách công nghiệp mang tính phòng vệ, hướng tới giảm thiểu rủi ro do khả năng gián đoạn chuỗi cung ứng. Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản đã bắt đầu đàm phán để mời TSMC đầu tư từ năm 2019, trước khi đại dịch phơi bày tình trạng thiếu hụt chip toàn cầu. Điều này cho thấy tầm nhìn chiến lược dài hạn về nguy cơ từ năng lực sản xuất tập trung.

Khác biệt với Rapidus: bổ trợ thay vì cạnh tranh

Nhật Bản đồng thời theo đuổi một sáng kiến bán dẫn đầy tham vọng khác thông qua Rapidus, liên doanh đúc chip trong nước đặt mục tiêu sản xuất chip 2 nanomet tiên tiến hơn tại Hokkaido vào năm 2027. Chính phủ xác định hai dự án sẽ phục vụ các thị trường và ứng dụng khác nhau, qua đó tránh cạnh tranh trực tiếp.

Nhà máy 3nm của TSMC sẽ sử dụng công nghệ bóng bán dẫn hiệu ứng trường Fin (FinFET) đã được kiểm chứng để nhanh chóng sản xuất với sản lượng lớn, trong khi Rapidus dự định chuyển thẳng sang kiến trúc Gate All Around (GAA) để sản xuất chip 2nm. Khác biệt công nghệ này đồng nghĩa Rapidus nhắm tới thế hệ điện toán hiệu năng cao và ứng dụng quân sự trong tương lai, vốn đòi hỏi khả năng chống bức xạ và hiệu quả năng lượng tiên tiến, còn nhà máy Kumamoto của TSMC đáp ứng nhu cầu thương mại trước mắt về bộ xử lý trí tuệ nhân tạo.

Phân tích của Brookings nhận định chiến lược hai hướng của Nhật Bản là cách tiếp cận phòng ngừa rủi ro, kết hợp quan hệ đối tác TSMC có rủi ro thấp và độ chắc chắn cao với dự án Rapidus có rủi ro cao nhưng tiềm năng lợi nhuận lớn. Cách đa dạng hóa này giúp Nhật Bản tái thiết hệ sinh thái bán dẫn thông qua hoạt động kinh tế tức thời do TSMC thúc đẩy, đồng thời duy trì tham vọng dẫn đầu công nghệ trong tương lai nhờ năng lực nội địa.

Bối cảnh toàn cầu: Arizona, Đài Loan và đa dạng hóa sản xuất

Việc TSMC mở rộng tại Nhật Bản diễn ra trong bối cảnh đầu tư lớn vào năng lực sản xuất trên toàn cầu. Tháng 3/2025, công ty công bố dự định nâng tổng đầu tư tại Mỹ lên 165 tỷ USD, bao gồm ba nhà máy sản xuất chip mới và hai cơ sở đóng gói tiên tiến ở Arizona. Nhà máy thứ hai tại Arizona dự kiến bắt đầu lắp đặt thiết bị sản xuất 3nm vào mùa hè năm 2026, hướng tới sản xuất hàng loạt vào năm 2027, cùng mốc thời gian hiện được dự kiến cho cơ sở nâng cấp tại Nhật Bản.

Việc phát triển song song năng lực 3nm tại Arizona và Kumamoto phản ánh chiến lược của TSMC nhằm tạo phương án dự phòng về địa lý cho những khách hàng quan trọng nhất, trong đó có Apple, Nvidia, AMD và Qualcomm. Phân bổ hoạt động sản xuất tiên tiến tại ba khu vực pháp lý riêng biệt giúp công ty giảm rủi ro liên quan đến xung đột khu vực, tranh chấp thương mại hoặc thiên tai có thể làm gián đoạn hoạt động sản xuất tập trung tại Đài Loan.

Giới phân tích thị trường ghi nhận niềm tin của nhà đầu tư vào chiến lược mở rộng tại Nhật Bản gần như ngay lập tức: chứng chỉ lưu ký Mỹ niêm yết tại Mỹ của TSMC tăng 0,77% trước giờ mở cửa sau thông báo. Khoản đầu tư cũng củng cố vị thế của Nhật Bản trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu. Các doanh nghiệp trong nước vốn đã chiếm ưu thế ở những phân khúc thiết bị và vật liệu then chốt, với thị phần toàn cầu 88% trong lĩnh vực máy phủ quang trở và 53% đối với tấm wafer silicon.

Nền tảng kỹ thuật và chuỗi cung ứng trong nước

Thành công của dự án TSMC tại Nhật Bản phụ thuộc nhiều vào hạ tầng bán dẫn sẵn có của nước này. Các nhà cung cấp Nhật Bản như Tokyo Electron, Shin Etsu Chemical và Ibiden cung cấp thiết bị, vật liệu và đế đóng gói thiết yếu cho sản xuất chip tiên tiến. Theo thông tin được đưa ra, TSMC đặt mục tiêu đạt tỷ lệ mua hàng trong nước 60% cho hoạt động tại Kumamoto, qua đó bảo đảm khoản đầu tư mang lại lợi ích kinh tế rộng khắp cho nền công nghiệp Nhật Bản.

Việc tích hợp chuỗi cung ứng này đặc biệt quan trọng với các công nghệ đóng gói tiên tiến như Chip on Wafer on Substrate (CoWoS), được TSMC sử dụng rộng rãi để sản xuất chip trí tuệ nhân tạo. Các công ty như Ajinomoto, vốn nổi tiếng với sản phẩm thực phẩm nhưng hiện là nhà sản xuất lớn nhựa Ajinomoto Build Up Film (ABF) dùng trong đóng gói chip, đã chứng kiến giá trị thị trường tăng gấp ba nhờ nhu cầu từ các ứng dụng điện toán hiệu năng cao.

Sự tập trung của các nhà cung cấp chuyên biệt này tại Nhật Bản là cơ sở thuyết phục về mặt công nghệ cho khoản đầu tư ban đầu của TSMC, bên cạnh các khoản trợ cấp của chính phủ. Các nhà nghiên cứu Brookings nhận định cơ hội kinh doanh cụ thể từ việc đồng phát triển cảm biến hình ảnh CMOS thế hệ mới với Sony đã giúp biện minh cho việc mở rộng địa lý; sự hiện diện của một đối tác lớn tại địa phương như Sony cũng tạo thuận lợi cho quá trình xử lý các thủ tục pháp lý phức tạp.

Tiến độ xây dựng và tác động khu vực

Công việc xây dựng nhà máy thứ hai tại Kumamoto đã bắt đầu, đánh dấu cột mốc quan trọng sau những thông tin trước đó về khả năng dự án bị trì hoãn. Giữa năm 2025, tiến độ xây dựng tại địa điểm này được cho là đã chậm lại khi TSMC ưu tiên kế hoạch mở rộng quy mô lớn tại Arizona; ban đầu, Tổng giám đốc điều hành Wei viện dẫn lo ngại về giao thông trong khu vực là một nguyên nhân. Tuy nhiên, chính phủ Nhật Bản bác bỏ những thông tin này, cho biết TSMC chưa chính thức báo cáo vấn đề hạ tầng.

Với việc xây dựng đang được triển khai và tiến trình công nghệ được nâng cấp lên 3nm, cơ sở này giúp Nhật Bản có vị thế để thu về lợi ích đáng kể từ làn sóng AI. Việc chuyển từ kế hoạch ban đầu sản xuất chip 6-12nm, phù hợp với ứng dụng ô tô và điện toán phổ thông, sang các tiến trình 3nm được thiết kế riêng cho bộ tăng tốc AI phản ánh sự thay đổi nhanh chóng của nhu cầu thị trường trong năm qua.

Địa điểm Kumamoto có nhiều lợi thế chiến lược, bao gồm vị trí gần các cụm bán dẫn hiện hữu, nguy cơ động đất tương đối thấp so với các khu vực khác của Nhật Bản và sự hỗ trợ mạnh mẽ của chính quyền cả cấp tỉnh lẫn trung ương. Những yếu tố này tạo điều kiện để TSMC phát huy các thế mạnh vận hành đã được chứng minh tại Đài Loan, đồng thời đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa sản xuất của khách hàng.

Tóm tắt

• TSMC xác nhận sẽ sản xuất chip 3nm tại nhà máy thứ hai ở Kumamoto, Nhật Bản, nâng cấp so với kế hoạch trước đây về sản xuất chip 6-12nm
• Khoản đầu tư được cho là lên tới 17 tỷ USD, với sự hỗ trợ từ các khoản trợ cấp của chính phủ Nhật Bản nhằm bảo đảm an ninh kinh tế
• Tổng giám đốc điều hành CC Wei công bố quyết định trong cuộc gặp với Thủ tướng Sanae Takaichi tại Tokyo, nhấn mạnh vai trò của cơ sở này trong việc đặt nền móng cho ngành AI Nhật Bản
• Cơ sở này đáp ứng nhu cầu toàn cầu tăng vọt đối với chip trí tuệ nhân tạo; TSMC là nhà cung cấp chủ chốt cho các công ty như Nvidia
• Việc xây dựng nhà máy thứ hai đã bắt đầu; cơ sở này bổ sung cho nhà máy TSMC hiện có, khai trương tại Kumamoto vào tháng 2/2024
• Nhật Bản đồng thời hỗ trợ Rapidus, doanh nghiệp đúc chip nội địa hướng tới sản xuất chip 2nm tại Hokkaido; chính phủ xác định hai dự án sẽ phục vụ các thị trường khác nhau và không cạnh tranh trực tiếp
• TSMC cũng lên kế hoạch sản xuất chip 3nm tại nhà máy thứ hai ở Arizona từ năm 2027, giúp đa dạng hóa địa điểm sản xuất chip tiên tiến ngoài Đài Loan