UMC được cho là giành đơn hàng chip quang tử silicon lên tới 10.000 tấm wafer khi nhu cầu tăng tốc kết nối AI

Hoạt động sản xuất tại Singapore đưa UMC trở thành tâm điểm trong lĩnh vực chip quang tử

United Microelectronics Corp. (UMC) được cho là đã nhận đơn hàng lên tới 10.000 tấm wafer mạch tích hợp quang tử từ nhà cung cấp mô-đun quang InnoLight và công ty thiết kế quang tử Saili, với các nhà đầu tư bao gồm nhánh đầu tư mạo hiểm của Tencent. Sản phẩm dự kiến được sản xuất tại nhà máy của UMC ở Singapore; có thể có thêm đơn hàng khi khách hàng mở rộng nguồn cung chip phục vụ kết nối tốc độ cao giữa các hệ thống điện toán.

Ước tính trong ngành cho rằng giá bán một số sản phẩm mạch tích hợp quang tử tiên tiến cao gấp khoảng bảy lần wafer CMOS thông thường. UMC từ chối bình luận về khách hàng hay đơn hàng cụ thể, và công ty chưa xác nhận ước tính giá này. Lịch giao hàng và giá trị tài chính của các đơn hàng được đưa tin cũng chưa được công bố.

Diễn biến này hội tụ hai động lực đang định hình mảng truyền thông quang của UMC: nhu cầu ngày càng tăng về truyền dữ liệu nhanh hơn trong các hệ thống trí tuệ nhân tạo và nỗ lực của công ty nhằm tận dụng các quy trình sản xuất đã được thiết lập để làm ra những sản phẩm chuyên biệt có giá trị cao hơn. Cơ hội của UMC nằm ở việc sản xuất chip xử lý ánh sáng, bên cạnh các tín hiệu điện vốn quen thuộc với những nhà máy bán dẫn truyền thống.

UMC và SILITH của Singapore thông báo hồi tháng 7 rằng những lô wafer quang tử silicon 12 inch đầu tiên đã được xuất xưởng từ Singapore. Quá trình chuyển từ phát triển sang sản xuất mất 18 tháng, và sản phẩm đã vượt qua khâu đánh giá chất lượng của một khách hàng điện toán đám mây lớn. Điều này tạo nền tảng sản xuất cho các đơn hàng được đưa tin, vượt ra ngoài phạm vi một chương trình phát triển công nghệ.

Hai khách hàng đóng góp gì

InnoLight là nhà cung cấp hàng đầu các mô-đun thu phát quang cho trung tâm dữ liệu, với hoạt động phục vụ các nhà cung cấp điện toán đám mây lớn ở Bắc Mỹ và thị trường AI. Các mô-đun này gửi và nhận dữ liệu bằng ánh sáng. Công ty đang mở rộng phát triển các sản phẩm hoạt động ở tốc độ 800 gigabit/giây và 1,6 terabit/giây, thường được gọi tắt là 800G và 1.6T.

Saili tập trung vào thiết kế chip quang tử silicon và hợp tác với SILITH của Singapore để phát triển hoạt động kinh doanh quốc tế. Các sản phẩm PIC của công ty hoạt động ở mức 100G và 200G mỗi kênh, với tổng lượng xuất xưởng đã vượt 8 triệu chip. Saili cũng đang hợp tác với UMC phát triển công nghệ hỗ trợ tốc độ 400G mỗi kênh.

Mối quan hệ với các khách hàng này kết nối UMC với những mắt xích khác nhau trong chuỗi cung ứng quang học. InnoLight sản xuất các mô-đun được tích hợp vào mạng trung tâm dữ liệu, còn Saili thiết kế chip quang tử dùng trong các hệ thống quang học. UMC cung cấp nền tảng sản xuất để biến những thiết kế đó thành chip vật lý.

Sản lượng ban đầu được đưa tin, lên tới 10.000, tính theo số tấm wafer, trong khi con số xuất xưởng lũy kế của Saili tính theo từng chip. Một tấm wafer là lát vật liệu bán dẫn hình tròn chứa nhiều chip, sau đó được tách rời. Nếu không biết kích thước chip và tỷ lệ thành phẩm, không thể quy đổi đơn hàng wafer thành số thiết bị hoàn chỉnh một cách đáng tin cậy.

Vì sao những con chip này quan trọng với mạng AI

Mạch tích hợp quang tử, hay PIC, kết hợp các chức năng dẫn truyền, điều khiển hoặc phát hiện ánh sáng trên một con chip. Trong truyền thông quang, chúng giúp kết nối hoạt động điện bên trong thiết bị điện toán với tín hiệu ánh sáng dùng để truyền dữ liệu qua sợi quang.

Chip điện tử thông thường truyền và xử lý tín hiệu điện. Chip quang tử còn cần các cấu trúc như ống dẫn sóng, giúp dẫn ánh sáng theo một đường định trước, và bộ điều biến, giúp thay đổi ánh sáng để mang thông tin. Việc tích hợp các chức năng này đòi hỏi những công đoạn sản xuất chuyên biệt cùng khả năng kiểm soát chặt chẽ vật liệu và kích thước.

Các hệ thống điện toán AI cần kết nối tốc độ cao vì lượng dữ liệu lớn phải được truyền giữa các bộ xử lý và giữa các trung tâm dữ liệu. Mô-đun quang đang chuyển từ 800G lên 1.6T và cuối cùng là 3.2T. Theo các mức tốc độ được công bố, 1.6T có dung lượng gấp đôi 800G, còn 3.2T gấp bốn lần.

Công việc của Saili và UMC về tốc độ 400G mỗi kênh phục vụ một nấc khác trong lộ trình này. Kênh là một đường truyền dữ liệu riêng trong hệ thống liên lạc. Tăng tốc độ của kênh có thể giúp nhà thiết kế tạo ra các sản phẩm quang học nhanh hơn, dù tốc độ tổng thể của mô-đun hoàn chỉnh còn phụ thuộc vào cách bố trí các kênh.

Cuộc cạnh tranh sản xuất vượt ra ngoài những mạch có kích thước nhỏ nhất

UMC theo đuổi các sản phẩm này bằng những quy trình bán dẫn trưởng thành và năng lực sản xuất quang học chuyên biệt. Mảng kinh doanh này đề cao khả năng sản xuất các cấu trúc quang học ổn định, đáng tin cậy ở quy mô lớn, mở ra cho công ty một hướng tham gia vào hạ tầng AI khác với việc sản xuất các bộ xử lý điện toán tiên tiến nhất.

Tower Semiconductor và GlobalFoundries hiện đã cung cấp các nền tảng sản xuất quang tử silicon. Theo thông tin trong ngành, năng lực sản xuất của họ đã được đặt kín, giúp lý giải vì sao khách hàng chip quang đang tìm thêm đối tác sản xuất. Chưa có số liệu về mức độ sử dụng công suất hay thời gian chờ giao hàng được công bố.

TSMC cũng cung cấp công nghệ liên quan, sử dụng các quy trình tiên tiến có chi phí cao hơn cho những hạng mục như mặt nạ quang khắc. Mặt nạ quang khắc là khuôn mẫu dùng để chuyển các họa tiết mạch lên wafer. Với nhà thiết kế chip quang học, các chi phí phát triển này được tính cùng với giá sản xuất mỗi tấm wafer.

Lợi thế dự kiến của UMC kết hợp các quy trình đã được thiết lập, chuyên môn sản xuất quang học và sản xuất trên wafer 12 inch. Wafer lớn hơn có thể hỗ trợ sản xuất ở quy mô cao hơn và giảm chi phí sản xuất trên mỗi chip nếu tỷ lệ thành phẩm và hoạt động nhà máy được kiểm soát tốt. Tính nhất quán của quy trình cũng quan trọng vì khách hàng cần chip từ các lô sản xuất khác nhau hoạt động ổn định, dễ dự đoán.

Giá wafer cao gấp bảy lần làm thay đổi bài toán doanh thu

Mức chênh lệch giá ước tính là điểm đáng chú ý nhất về mặt tài chính trong hoạt động kinh doanh được đưa tin. Một số wafer PIC tiên tiến được cho là bán với giá cao gấp khoảng bảy lần wafer CMOS thông thường. CMOS là phương pháp sản xuất được sử dụng rộng rãi để làm nhiều loại chip điện tử.

Với UMC, tỷ trọng sản phẩm bán được ở mức giá cao hơn tăng lên có thể đẩy giá bán bình quân, thường gọi là ASP, lên cao. Đây là chỉ số thể hiện doanh thu bình quân thu được trên mỗi đơn vị sản phẩm bán ra. Một công ty có thể cải thiện chỉ số này bằng cách thay đổi cơ cấu sản phẩm sản xuất, ngay cả khi không tăng giá từng sản phẩm hiện có.

Lợi nhuận cũng sẽ phụ thuộc vào chi phí sản xuất wafer quang, số chip sử dụng được trên mỗi tấm, chi phí phát triển và mức công suất nhà máy mà khách hàng cuối cùng sử dụng. Sản xuất PIC đòi hỏi các cấu trúc quang học phức tạp và những công đoạn tích hợp, khiến tỷ lệ thành phẩm trở thành yếu tố vận hành then chốt. Tỷ lệ thành phẩm là phần chip được sản xuất đáp ứng các thông số kỹ thuật yêu cầu.

Do đó, luận điểm đầu tư vào UMC không chỉ nằm ở mức giá cao được nêu bật. Đơn hàng lặp lại, tỷ lệ thành phẩm ổn định và việc sử dụng dây chuyền sản xuất bền vững sẽ giúp biến mức giá hấp dẫn thành hoạt động kinh doanh lâu dài hơn. Sản lượng đơn hàng ban đầu và triển vọng mua thêm cho thấy cơ hội thương mại, trong khi kế hoạch mở rộng công suất thể hiện quy mô mà UMC đang chuẩn bị hướng tới.

Hai hướng công nghệ hỗ trợ mở rộng

Nỗ lực của UMC trong lĩnh vực truyền thông quang bao gồm PIC quang tử silicon, công nghệ niobi lithium màng mỏng và đóng gói tiên tiến. Nhà máy của công ty tại Singapore là trung tâm của nền tảng quang tử silicon 12 inch.

Hướng thứ hai dựa trên công ty con chuyên về quang điện tử do UMC sở hữu toàn bộ, Lian Ying Optoelectronics, cùng hoạt động hợp tác với các đối tác quốc tế. Công ty con này có kinh nghiệm về linh kiện quang điện tử và sản xuất wafer từ vật liệu chuyên dụng. Nhờ đó, tập đoàn có sẵn nền tảng kiến thức để phát triển các lĩnh vực vượt ra ngoài chip điện tử truyền thống.

Niobi lithium màng mỏng, thường viết tắt là TFLN, sử dụng một lớp mỏng vật liệu có tính chất quang học thay đổi theo điện trường. Đặc điểm này khiến vật liệu hữu ích trong việc điều khiển ánh sáng ở các thiết bị truyền thông. Việc phát triển TFLN mở rộng lựa chọn công nghệ của UMC bên cạnh nền tảng quang tử silicon đã đi vào sản xuất wafer.

Đóng gói tiên tiến cũng là một phần trong chiến lược vì các linh kiện quang học và điện tử cần được kết nối hiệu quả để tạo thành sản phẩm có thể sử dụng. Cách tiếp cận của UMC kết hợp quy trình sản xuất, vật liệu chuyên dụng và tích hợp linh kiện trong cùng một nỗ lực kinh doanh, với các công nghệ khác nhau phục vụ những nhu cầu thiết kế khác nhau.

Kế hoạch công suất kéo dài đến năm 2030

UMC đã công bố mở rộng công suất quang tử silicon tại khu vực P4 ở Singapore và bắt đầu lên kế hoạch xây dựng các cơ sở P7 và P8 mới ở miền nam Đài Loan. Mục tiêu dài hạn về công suất PIC của công ty là 18.000 tấm wafer mỗi tháng, với việc lắp đặt thiết bị dự kiến bắt đầu vào cuối năm 2028 và đạt quy mô toàn diện vào năm 2030.

Các đơn hàng ban đầu được đưa tin, lên tới 10.000 tấm wafer, tương đương khoảng 56% mục tiêu công suất hàng tháng trong tương lai. Phép so sánh này cho thấy quy mô nền tảng sản xuất được lên kế hoạch; chưa có thông tin về thời gian giao hàng của chính các đơn hàng. Nếu duy trì ổn định ở mức 18.000 tấm wafer mỗi tháng, mục tiêu này tương đương 216.000 tấm trong cả năm.

Các mốc chính gồm:

• Tháng 7, chưa nêu năm: UMC và SILITH thông báo xuất xưởng những lô wafer quang tử silicon 12 inch đầu tiên từ Singapore, sau 18 tháng phát triển.
• Cuối năm 2028: Dự kiến bắt đầu lắp đặt thiết bị theo kế hoạch mở rộng dài hạn.
• Năm 2030: Mục tiêu công suất sản xuất PIC đạt quy mô toàn diện theo kế hoạch, ở mức 18.000 tấm wafer mỗi tháng.

Các khách hàng lớn được cho là đã thảo luận về việc phân bổ công suất trong tương lai. Đặt trước không gian sản xuất có thể giúp họ lên kế hoạch ra mắt sản phẩm và cam kết nguồn cung, đồng thời giúp UMC nắm rõ hơn nhu cầu trước khi các cơ sở mới đi vào hoạt động toàn diện.

Những thay đổi đối với UMC và khách hàng

UMC có thêm một nguồn tăng trưởng tiềm năng dựa trên hoạt động sản xuất chuyên biệt và các sản phẩm giá trị cao hơn. Cột mốc sản xuất tại Singapore, lượng chip Saili đã xuất xưởng và hoạt động kinh doanh được đưa tin với InnoLight kết nối quá trình phát triển công nghệ của UMC với những khách hàng đang tham gia thị trường truyền thông quang tốc độ cao.

Các nhà thiết kế chip quang có thêm lựa chọn sản xuất khi phát triển các kênh và mô-đun nhanh hơn. Với nhà cung cấp mô-đun phục vụ các công ty điện toán đám mây, khả năng tiếp cận đủ công suất wafer là một phần trong việc đáp ứng nhu cầu kết nối trung tâm dữ liệu nhanh hơn. Theo lộ trình mở rộng của UMC, cam kết về công suất lớn hơn sẽ đến vài năm sau cột mốc sản xuất ban đầu.

Trọng tâm thương mại trước mắt là các đơn hàng tại Singapore được đưa tin. Cam kết dài hạn là xây dựng hoạt động sản xuất có thể lặp lại trên các lĩnh vực quang tử silicon, vật liệu quang học chuyên dụng và đóng gói. Việc hoạt động này có đóng góp đáng kể vào lợi nhuận hay không sẽ phụ thuộc vào sản lượng giao hàng, chi phí sản xuất và cơ cấu sản phẩm UMC đạt được khi công suất tăng lên.

Điểm chính

• UMC được cho là đã nhận các đơn hàng PIC ban đầu tổng cộng lên tới 10.000 tấm wafer từ InnoLight và Saili, với kế hoạch sản xuất tại Singapore.
• UMC từ chối bình luận về khách hàng hay đơn hàng cụ thể; ước tính giá cao gấp bảy lần wafer CMOS thông thường chưa được xác nhận.
• UMC và SILITH thông báo giao những wafer sản xuất ban đầu sau 18 tháng phát triển.
• Sản phẩm 100G và 200G của Saili đã xuất xưởng hơn 8 triệu chip; công ty đang phát triển công nghệ 400G mỗi kênh với UMC.
• Mục tiêu dài hạn của UMC là đạt công suất PIC 18.000 tấm wafer mỗi tháng, dự kiến bắt đầu lắp đặt thiết bị từ cuối năm 2028 và đạt quy mô toàn diện vào năm 2030.