Ngành bán dẫn toàn cầu: Ứng phó nhu cầu AI và 5G tăng vọt giữa những thách thức địa chính trị và chuỗi cung ứng

Ngành bán dẫn trước bước ngoặt: AI, 5G và đà tăng trưởng chưa từng có

Ngành bán dẫn toàn cầu đang bước vào một giai đoạn chuyển đổi sâu sắc, được thúc đẩy bởi sự phát triển bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI), mạng 5G và hàng loạt công nghệ mới nổi. Khi chip trở thành nền tảng của mọi thứ, từ điện thoại thông minh, xe điện đến điện toán đám mây và các hệ thống quân sự, yêu cầu về đổi mới, khả năng chống chịu của chuỗi cung ứng và chiến lược địa chính trị chưa bao giờ cấp thiết đến vậy. Các dự báo của ngành cho rằng thị trường bán dẫn sẽ vượt mốc 1.000 tỷ USD vào năm 2030, trong đó AI và 5G là những động lực chính. Tuy nhiên, đà mở rộng nhanh chóng này cũng kéo theo một mạng lưới thách thức phức tạp, gồm mất cân đối cung cầu, thiếu hụt nhân lực và cạnh tranh địa chính trị ngày càng gay gắt.

Điều gì thúc đẩy sự bùng nổ của ngành bán dẫn?

Động lực cốt lõi của đà tăng trưởng ngành bán dẫn là nhu cầu không ngừng đối với các loại chip tiên tiến có khả năng vận hành công nghệ thế hệ mới. AI, đặc biệt là AI tạo sinh (Gen AI), là động lực lớn, đòi hỏi chip hiệu năng cao cho trung tâm dữ liệu, điện toán biên và thiết bị tiêu dùng. Việc triển khai mạng 5G, sự phổ biến của các thiết bị Internet vạn vật (IoT) và sự trỗi dậy của xe điện cũng như xe tự hành càng làm tăng nhu cầu về các loại bán dẫn mạnh hơn, hiệu quả hơn và chuyên dụng hơn.

Theo nghiên cứu trong ngành, thị trường bán dẫn dự kiến đạt khoảng 697 tỷ USD vào năm 2025, tăng 11% so với cùng kỳ năm trước. Đà tăng này được dự báo sẽ tiếp diễn, đưa thị trường tiến tới mốc 1.000 tỷ USD vào năm 2030, với tốc độ tăng trưởng kép hằng năm (CAGR) từ 7–9%. Thị trường vật liệu điện tử và bán dẫn, cung cấp những thành phần thiết yếu để chế tạo chip, cũng sẽ mở rộng, đạt gần 120 tỷ USD vào năm 2034.

Các động lực chính của nhu cầu gồm:

• AI và Gen AI: Việc ứng dụng AI trong trung tâm dữ liệu, điện toán đám mây và điện tử tiêu dùng đang thúc đẩy nhu cầu về chip tùy chỉnh, bộ xử lý thần kinh (NPU) và bộ xử lý đồ họa (GPU) hiệu năng cao.
• Mạng 5G: Quá trình triển khai 5G trên toàn cầu đang làm tăng mạnh nhu cầu về chip hỗ trợ liên lạc không dây nhanh hơn và đáng tin cậy hơn.
• IoT và điện toán biên: Hàng tỷ thiết bị kết nối cần các loại chip tiết kiệm năng lượng để xử lý dữ liệu theo thời gian thực.
• Chuyển đổi ngành ô tô: Xe điện (EV) và các hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS) đang làm tăng nhu cầu về bán dẫn chuyên dụng cho ô tô.

Các doanh nghiệp dẫn đầu và cuộc đua giành ưu thế công nghệ

Ngành bán dẫn do một số ít doanh nghiệp chủ chốt chi phối, mỗi doanh nghiệp có thế mạnh riêng và đối mặt với những thách thức khác nhau. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), Samsung, Nvidia, Intel và ASML là những doanh nghiệp đi đầu về đổi mới và sản xuất.

• TSMC: Là nhà sản xuất chip theo hợp đồng lớn nhất thế giới, TSMC chiếm 62% thị phần trong lĩnh vực gia công bán dẫn và chịu trách nhiệm sản xuất 92% số chip tiên tiến nhất thế giới. Khách hàng của công ty gồm Nvidia, Apple và Broadcom. TSMC đang đầu tư mạnh vào mở rộng toàn cầu, với các cơ sở mới tại Nhật Bản, Đức và Mỹ, nhằm tăng tính linh hoạt của chuỗi cung ứng và đáp ứng nhu cầu khu vực.
• Nvidia: Nổi tiếng với GPU, Nvidia đã trở thành doanh nghiệp dẫn đầu về chip AI, nắm giữ 70–90% thị trường chip AI. Tốc độ tăng trưởng nhanh của công ty thể hiện qua lợi nhuận và vốn hóa thị trường tăng vọt, nhưng Nvidia vẫn phụ thuộc vào TSMC trong khâu sản xuất.
• Samsung: Dù là doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực chip nhớ và chip logic, Samsung đã gặp trở ngại trong mảng gia công bán dẫn, trong đó có việc chậm tiến độ sản xuất và khó khăn khi tách bộ phận thiết kế khỏi bộ phận sản xuất để xây dựng niềm tin với khách hàng.
• Intel: Từng là doanh nghiệp dẫn đầu không đối thủ, Intel đang đầu tư hàng tỷ USD để giành lại lợi thế, bao gồm xây dựng các nhà máy đóng gói tiên tiến và trung tâm nghiên cứu và phát triển (R&D) mới.
• ASML: Công ty Hà Lan này là nhà cung cấp duy nhất thiết bị quang khắc cực tím siêu cao (EUV), công nghệ thiết yếu để sản xuất những loại chip tiên tiến nhất.

Các doanh nghiệp đáng chú ý khác gồm Broadcom, với giá cổ phiếu tăng hơn 120% nhờ các sản phẩm AI, và SMIC của Trung Quốc, doanh nghiệp đã vươn lên thành nhà gia công bán dẫn lớn thứ ba xét theo doanh thu, bất chấp các hạn chế xuất khẩu.

Địa chính trị và chuỗi cung ứng bán dẫn: Cuộc chơi hệ trọng

Bán dẫn không chỉ là sản phẩm thương mại mà còn là tài sản chiến lược, đóng vai trò trọng yếu đối với an ninh quốc gia và tăng trưởng kinh tế. Thực tế này đã đặt ngành vào tâm điểm cạnh tranh quyết liệt giữa Mỹ và Trung Quốc, khi cả hai nước đều tìm cách giành ưu thế công nghệ.

Mỹ đã áp đặt các biện pháp kiểm soát xuất khẩu nghiêm ngặt đối với chip tiên tiến và thiết bị sản xuất nhằm hạn chế Trung Quốc tiếp cận công nghệ hiện đại. Đáp lại, Trung Quốc đang đầu tư mạnh vào năng lực bán dẫn trong nước, với các sáng kiến như lộ trình “Made in China 2025” và quỹ đầu tư nhà nước trị giá 47,5 tỷ USD. Mỹ đáp trả bằng Đạo luật CHIPS và Khoa học, cung cấp các khoản ưu đãi trị giá hàng tỷ USD cho hoạt động sản xuất và R&D trong nước. Các thông báo tài trợ gần đây gồm:

• 8,5 tỷ USD cho Intel để mở rộng sản xuất chip tại Mỹ
• 6,6 tỷ USD tài trợ trực tiếp và 5 tỷ USD cho vay dành cho TSMC để xây dựng cơ sở mới tại Arizona
• 6,4 tỷ USD cho Samsung để mở rộng hoạt động tại Texas

Châu Âu và Ấn Độ cũng đang đẩy mạnh nỗ lực để trở thành những nhân tố chủ chốt. Đạo luật Chip châu Âu hướng tới tăng gấp đôi thị phần của EU trong sản lượng chip toàn cầu, còn chương trình “Semicon India” cùng các ưu đãi liên quan của Ấn Độ đang thu hút đầu tư lớn từ các doanh nghiệp toàn cầu và thúc đẩy hệ sinh thái trong nước phát triển.

Những điểm yếu của chuỗi cung ứng và nỗ lực tăng khả năng chống chịu

Đại dịch COVID-19, thiên tai và căng thẳng địa chính trị đã phơi bày sự mong manh của chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu. Ngành này phụ thuộc nhiều vào một số ít trung tâm địa lý, chủ yếu là Đài Loan, Hàn Quốc và Mỹ, nên các gián đoạn có thể gây hậu quả trên diện rộng. Chẳng hạn, trận động đất mạnh 7,4 độ Richter tại Đài Loan vào tháng 4/2024 đã khiến TSMC tạm thời ngừng sản xuất, cho thấy rủi ro từ việc tập trung hoạt động tại một số địa điểm.

Để giảm thiểu những điểm yếu này, các doanh nghiệp và chính phủ đang theo đuổi những chiến lược như:

• Phân tán địa điểm sản xuất: Xây dựng các cơ sở chế tạo mới tại Mỹ, châu Âu, Ấn Độ và Nhật Bản để giảm phụ thuộc vào bất kỳ khu vực đơn lẻ nào.
• Tìm nguồn cung trong nước và đưa sản xuất về gần: Tăng tỷ lệ tìm nguồn cung trong nước từ 40% lên 47% và đưa sản xuất về gần hơn 4% trong hai năm tới.
• Đổi mới chuỗi cung ứng: Ứng dụng AI và học máy để tối ưu hóa sản xuất, cải thiện tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn và nâng cao công tác quản lý chuỗi cung ứng.

Bất chấp những nỗ lực này, chỉ hai trong số năm doanh nghiệp bán dẫn tin tưởng vào mức độ vững chắc của chuỗi cung ứng mình. Khoảng cách cung cầu vẫn là vấn đề cấp bách: các tổ chức ở khâu hạ nguồn dự báo nhu cầu sẽ tăng 29% vào năm 2026, gấp đôi mức các nhà sản xuất dự kiến.

Đổi mới công nghệ: Mở rộng giới hạn của vật lý

Đáp ứng nhu cầu tăng vọt về chip tiên tiến đòi hỏi đổi mới liên tục trong vật liệu, thiết kế và quy trình sản xuất. Ngành đang đầu tư mạnh vào R&D, với ngân sách dự kiến tăng 10% trong hai năm tới. Các lĩnh vực đổi mới chính gồm:

• Đóng gói tiên tiến và tích hợp 3D: Những kỹ thuật như tích hợp chiplet và xếp chồng 3D giúp nâng cao hiệu năng và hiệu quả.
• Vật liệu mới: Silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) và các vật liệu tiên tiến khác đang được ứng dụng để sản xuất chip hiệu năng cao, tiết kiệm năng lượng.
• Quang khắc cực tím siêu cao (EUV): Công nghệ này cho phép sản xuất chip với các nút quy trình nhỏ hơn, qua đó tăng mật độ bóng bán dẫn và hiệu năng.
• Thiết kế và sản xuất ứng dụng AI: AI đang được sử dụng để đẩy nhanh thiết kế chip, tối ưu hóa sản xuất và khám phá vật liệu mới.

Chẳng hạn, TSMC dự kiến bắt đầu sản xuất hàng loạt chip theo quy trình 2 nanomet, với các quy trình thế hệ tiếp theo dựa trên cấu trúc nanosheet hướng đến những ứng dụng điện toán hiệu năng cao. Trong khi đó, Nvidia tiếp tục thúc đẩy giới hạn thiết kế chip AI, còn Intel và Samsung đầu tư vào đóng gói tiên tiến và R&D để duy trì sức cạnh tranh.

Bền vững và an ninh: Những yêu cầu cấp thiết mới

Cùng với sự phát triển của ngành là dấu chân môi trường ngày càng lớn. Sản xuất bán dẫn tiêu thụ nhiều năng lượng và nước, khiến các doanh nghiệp phải áp dụng phương thức sản xuất xanh. Chẳng hạn, TSMC và Intel đã cam kết đạt trung hòa carbon, đồng thời đầu tư vào năng lượng tái tạo, tái chế nước và phòng ngừa ô nhiễm.

An ninh cũng là một ưu tiên hàng đầu. Với chuỗi cung ứng phức tạp và phụ thuộc lẫn nhau, bảo vệ sở hữu trí tuệ (IP) và đảm bảo tính toàn vẹn của chip là những yêu cầu trọng yếu. Gần ba trong số năm tổ chức thiết kế bán dẫn đang ưu tiên các biện pháp bảo vệ bằng mật mã, còn các ngành ở khâu hạ nguồn ngày càng đòi hỏi chip có tính năng an ninh mạng vững chắc.

Ấn Độ vươn lên thành cường quốc bán dẫn

Ấn Độ đang nhanh chóng định vị mình là một nhân tố chủ chốt trong hệ sinh thái bán dẫn toàn cầu. Được hỗ trợ bởi các sáng kiến của chính phủ như Sứ mệnh Bán dẫn Ấn Độ và gói ưu đãi trị giá 10 tỷ USD, nước này đang thu hút các khoản đầu tư lớn từ những doanh nghiệp toàn cầu như NXP Semiconductors, Analog Devices và Micron Technology. Thế mạnh của Ấn Độ gồm nguồn kỹ sư thiết kế chip dồi dào, nền tảng sản xuất điện tử đang phát triển và các chính sách cấp bang tiến bộ.

Thị trường bán dẫn Ấn Độ được định giá 52 tỷ USD vào năm 2024 và dự kiến tăng gấp đôi vào năm 2030. Trọng tâm của chính phủ vào đổi mới, R&D và phát triển kỹ năng đang giúp Ấn Độ trở thành đối tác tự nhiên của các doanh nghiệp tìm kiếm chuỗi cung ứng đa dạng và có khả năng chống chịu tốt. Các dự án đáng chú ý và khuôn khổ chính sách tại những bang như Gujarat, Karnataka và Tamil Nadu càng thúc đẩy vị thế của nước này trong thứ bậc bán dẫn toàn cầu.

Thách thức phía trước: Nhân lực, chi phí và tốc độ thay đổi

Dù tăng trưởng mạnh mẽ, ngành vẫn đối mặt với những thách thức đáng kể. Tình trạng thiếu hụt nhân lực ngày càng trầm trọng, trong khi ngành cần bổ sung hơn một triệu lao động có tay nghề vào năm 2030. Chi phí xây dựng và duy trì các cơ sở chế tạo tiên tiến rất cao, thường lên tới hàng tỷ USD, khiến chỉ một số ít doanh nghiệp lớn có thể tham gia, làm dấy lên lo ngại về tình trạng hợp nhất ngành và cạnh tranh suy giảm.

Độ phức tạp công nghệ cũng ngày càng tăng khi các doanh nghiệp vượt qua giới hạn của Định luật Moore và tìm hiểu những mô hình điện toán mới như chip lượng tử và chip mô phỏng thần kinh. Ngành phải cân bằng giữa nhu cầu đổi mới nhanh chóng với yêu cầu về tính bền vững, an ninh và khả năng chống chịu của chuỗi cung ứng.

Tóm lược

• Ngành bán dẫn toàn cầu đang trên đà vượt mốc 1.000 tỷ USD vào năm 2030, nhờ AI, 5G, IoT và sự chuyển đổi của ngành ô tô.
• Các doanh nghiệp chủ chốt như TSMC, Nvidia, Samsung, Intel và ASML đang đầu tư mạnh vào đổi mới, mở rộng toàn cầu và tăng khả năng chống chịu của chuỗi cung ứng.
• Căng thẳng địa chính trị, đặc biệt giữa Mỹ và Trung Quốc, đang định hình lại ngành thông qua kiểm soát xuất khẩu, đầu tư trong nước và các liên minh chiến lược.
• Những điểm yếu của chuỗi cung ứng bộc lộ qua đại dịch và thiên tai đang thúc đẩy việc phân tán sản xuất và tăng cường tìm nguồn cung trong nước.
• Đổi mới công nghệ về vật liệu, đóng gói và thiết kế ứng dụng AI có vai trò then chốt để đáp ứng nhu cầu tăng vọt và nâng cao hiệu năng chip.
• Tính bền vững và an ninh đang trở thành trọng tâm trong chiến lược ngành, khi các doanh nghiệp áp dụng phương thức sản xuất xanh và biện pháp an ninh mạng vững chắc.
• Ấn Độ đang nổi lên như một nhân tố quan trọng, tận dụng hỗ trợ chính sách, nhân lực và đầu tư để xây dựng hệ sinh thái bán dẫn có khả năng chống chịu.
• Những thách thức như thiếu hụt nhân lực, chi phí cao và độ phức tạp công nghệ vẫn còn đó, nhưng xu hướng của ngành cho thấy tăng trưởng và chuyển đổi sẽ tiếp tục.