Rapidus: Từ Hokkaido vươn ra thế giới

Nhà máy tiên tiến của nhà sản xuất vi mạch Rapidus đang dần hình thành tại Hokkaido với một mục tiêu đầy tham vọng: sản xuất hàng loạt chip AI có thể thay đổi thế giới.

Suốt 14 tháng qua, một dãy cần cẩu đỏ hoạt động không ngừng trên khu đất rộng lớn đối diện sân bay New Chitose ở Hokkaido. Với tốc độ hiếm thấy ở hòn đảo phía Bắc này, nhà máy sản xuất bán dẫn tiên tiến nhất Nhật Bản đang dần thành hình. Với dự án đầy tham vọng này, Rapidus lên kế hoạch bắt đầu thử nghiệm vi mạch thế hệ mới ngay trong tháng 4 này.

“Từ Hokkaido vươn ra thế giới,” Tổng giám đốc Rapidus Atsuyoshi Koike cho biết. Ở tuổi 71, ông vẫn giữ tinh thần nhiệt huyết hiếm thấy ở các kỹ sư cùng thế hệ.

Công ty khởi nghiệp của ông đã đi vào lịch sử khi trở thành doanh nghiệp đầu tiên tại Nhật Bản sở hữu công cụ tiên tiến có thể sản xuất chip 2 nanomet. Nhiều người chưa hình dung được ý nghĩa của kích thước nhỏ bé này của con chip. Một nanomet chỉ bằng một phần tỷ mét, gần tương đương kích thước của một nguyên tử silic.

Ấn tượng không kém là quy mô của thiết bị sản xuất ra con chip tí hon này. Hệ thống quang khắc EUV tiên tiến NXE 3800E có trọng lượng hơn 70 tấn và cao hơn 3 mét. “Chúng tôi đã phải huy động ba chiếc máy bay chở hàng cỡ lớn để vận chuyển thiết bị từ Hà Lan,” ông Koike chia sẻ tại một sự kiện ở Chitose vào ngày 18-12-2024.

Kỳ tích kỹ thuật

Việc lắp đặt thiết bị bán dẫn do công ty ASML của Hà Lan sản xuất đã hoàn tất vào cuối tháng 12. ASML là công ty duy nhất trên thế giới sản xuất loại máy móc này. Phó Chủ tịch Điều hành ASML, James Koonmen, gọi đây là một “kỳ tích kỹ thuật” vì công nghệ sử dụng tia cực tím EUV để khắc các mạch điện siêu nhỏ lên tấm wafer silic. Những tấm wafer này chính là nền tảng của thế giới số, vận hành điện thoại thông minh, thiết bị y tế, ô tô và ngày càng nhiều lĩnh vực khác trong cuộc sống hàng ngày.

Rapidus đặt tham vọng lớn cả về quy mô lẫn tầm ảnh hưởng. Công ty muốn trở thành đơn vị đầu tiên trên thế giới sản xuất hàng loạt vi mạch 2nm – còn được gọi là chip AI – do được xem là yếu tố cốt lõi cho các ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong tương lai. Dự kiến, sản xuất thương mại sẽ bắt đầu vào năm 2027.

Khác với nhà máy bán dẫn mới tại Kumamoto do TSMC (Đài Loan) vận hành, Rapidus hoàn toàn là một dự án của Nhật Bản.

Dù đặt tại Hokkaido, ông Koike vẫn dùng các công trình biểu tượng ở Tokyo để minh họa quy mô khổng lồ của nhà máy tại Chitose. Khu vực nhà máy rộng gấp 1,14 lần Tokyo Disneyland. Tòa nhà chính lớn gấp 1,23 lần Tokyo Dome. Khối lượng thép sử dụng cho công trình này còn nhiều hơn 1,14 lần so với tháp Tokyo Sky Tree.

Định hình tương lai

Nhằm thúc đẩy sản xuất vi mạch trong nước, chính phủ Nhật Bản trước đó đã tài trợ hơn 900 tỷ yên (5,75 tỷ USD) cho dự án Rapidus, và mới đây nhất, Bộ Tài chính Nhật hôm thứ Hai, 31-3, đã cấp thêm 802,5 tỷ yen (5,4 tỷ USD) cho Rapidus. Các tập đoàn tư nhân như Toyota và Sony cũng rót vốn vào công ty khởi nghiệp này với kỳ vọng giúp Nhật Bản cạnh tranh với các cường quốc bán dẫn như Đài Loan và Hàn Quốc.

Ông Koike tự tin rằng Rapidus có thể đạt được mục tiêu. “Công nghệ 2nm sẽ thay đổi cuộc sống của chúng ta,” ông khẳng định. Ông đặc biệt nhấn mạnh vào ngành nông nghiệp Hokkaido, nơi các trang trại đang thiếu lao động trầm trọng, nông dân ngày càng già đi mà không có thế hệ trẻ kế thừa. Ông hy vọng chip AI có thể giúp giải quyết những thách thức của xã hội già hóa, chẳng hạn như vận hành các trang trại tự động hoàn toàn.

Trọng tâm của công nghệ này là các vi mạch AI siêu nhỏ mà Rapidus đang nhắm đến sản xuất hàng loạt. Chỉ có chip 2nm mới đạt được tốc độ xử lý đủ nhanh để vận hành những hệ thống dữ liệu khổng lồ, chẳng hạn như trang trại robot hay xe tự hành.

Theo The Japan Times, Rapidus sẽ khởi động dây chuyền thử nghiệm tại nhà máy sản xuất chất bán dẫn tiên tiến ở Chitose, Hokkaido, vào thứ Ba tới.

Việc ra mắt dây chuyền thử nghiệm là một cột mốc quan trọng trong mục tiêu bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2027 của Rapidus. Việc đảm bảo cơ sở sản xuất chip trong nước, một mặt hàng chiến lược, là vấn đề cấp bách đối với Nhật Bản khi các rủi ro địa chính trị, như căng thẳng giữa Mỹ và Trung Quốc, ngày càng rõ ràng.

“Chúng tôi chắc chắn sẽ có thể bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2027,” TGĐ Rapidus Atsuyoshi Koike tuyên bố. “Đây không phải là con đường dễ dàng, nhưng chúng tôi đặt mục tiêu cải thiện tỷ lệ thành phẩm (trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm) và đảm bảo độ tin cậy.”

Hokkaido là một ví dụ điển hình về những thách thức mà Nhật Bản sẽ đối mặt trong tương lai. Tuy nhiên, đây không phải là lựa chọn tự nhiên cho cuộc đua bán dẫn. Là hòn đảo lớn nhất phía Bắc Nhật Bản, Hokkaido có diện tích tương đương Ireland nhưng dân số chỉ khoảng 5 triệu người. Trong mắt nhiều người Tokyo, đây vẫn là một vùng xa xôi, sống dựa vào nông nghiệp, thủy sản và du lịch.

Đôi khi, vẻ đẹp thiên nhiên của Hokkaido xuất hiện trong các bộ phim và phim truyền hình Nhật Bản. Nhưng giới trẻ ở đây ít mơ mộng như các nhà biên kịch. Họ thường rời hòn đảo sớm nhất có thể để tìm kiếm cơ hội và mức lương tốt hơn tại Tokyo hoặc các trung tâm kinh tế khác của Nhật Bản.

Không phải là bầu không khí Thung lũng Silicon

Gọi Chitose là “Thung lũng Silicon của Nhật Bản” có lẽ là một sự phóng đại quá mức. Nằm cách Sapporo – thành phố lớn nhất của hòn đảo – khoảng 50 km về phía đông nam, Chitose không có đặc điểm nổi bật nào ngoài việc sở hữu sân bay lớn nhất Hokkaido và căn cứ không quân Chitose. Với chỉ 95.000 dân và hai trường trung học, thành phố này không có nhiều điều hấp dẫn đối với cả cư dân lẫn du khách.

Hầu hết mọi người đến Chitose chỉ để rời đi, chứ không phải để ở lại. Thị trưởng Chitose, ông Ruyichi Yokota, chắc chắn nhận thức rõ thách thức khi trở thành nơi đặt trụ sở của một công ty công nghệ mới. “Chitose sẽ làm hết sức để cung cấp cơ sở hạ tầng và hỗ trợ Rapidus,” ông cho biết.

Chắc chắn, thành phố này có lợi thế về giá đất rẻ, nguồn nước dồi dào và một sân bay quốc tế. Tuy nhiên, lực lượng lao động tương lai của Rapidus có thể sẽ phải đến từ nơi khác. Vị trí tương đối biệt lập của khu vực này có thể khiến việc tuyển dụng và giữ chân các kỹ sư trở nên khó khăn, đặc biệt khi nhiều người trong số họ có xu hướng muốn sống ở Tokyo hoặc Osaka. Trong khi đó, tác động của Rapidus đối với nền kinh tế địa phương vẫn là câu chuyện của tương lai.

Chủ tịch Tetsuro Higashi của Rapidus Corporation, trong cuộc phỏng vấn với The Sankei Shimbun vào năm 2023, đã chia sẻ tầm nhìn về sự phát triển của Rapidus Corporation. Được thành lập vào năm 2022, Rapidus đang chuẩn bị tiến vào giai đoạn sản xuất hàng loạt chất bán dẫn logic tiên tiến phục vụ tính toán, với độ rộng mạch chỉ hai nanomet vào năm 2027.

Ông Higashi cũng tiết lộ rằng Rapidus đã mở rộng đội ngũ kỹ sư trong những tháng gần đây và dự kiến sẽ đạt khoảng 200 thành viên vào cuối năm 2023. Khi tiến tới giai đoạn sản xuất thử nghiệm, công ty đặt mục tiêu mở rộng lực lượng lao động lên khoảng 300-500 người. Đến khi bắt đầu sản xuất hàng loạt, số nhân viên của Rapidus có thể đạt khoảng 1.000 người, bao gồm cả đội ngũ vận hành nhà máy.

Ngoài ra, ông Higashi cho biết Rapidus đã nhận được đơn ứng tuyển từ nhiều kỹ sư Nhật Bản hiện đang làm việc tại nước ngoài. Công ty cũng hy vọng thu hút nhân tài trên phạm vi toàn cầu và đã triển khai các nỗ lực tuyển dụng tại Hoa Kỳ.

Nhật Bản có một lịch sử dài về phát triển công nghiệp, và trong quá khứ, quốc gia này từng gặt hái nhiều thành công. Tuy nhiên, cũng có những thất bại đáng kể. Lấy Elpida làm ví dụ – gã khổng lồ trong ngành bán dẫn đã trở thành vụ phá sản sản xuất lớn nhất của Nhật Bản kể từ sau Thế chiến II, dù đã được chính phủ hỗ trợ tài chính đáng kể.

Không thể phủ nhận rằng Rapidus là một nỗ lực nội địa với rủi ro cao hơn. Dù gì, đây là một startup hoàn toàn của Nhật Bản, không giống như nhà máy bán dẫn tại Kumamoto – một dự án hợp tác công tư có sự dẫn dắt của TSMC (Đài Loan), một trong những tập đoàn hàng đầu trong ngành.

Không làm gì không phải là lựa chọn

Bất chấp những lo ngại này, quyết định của Nhật Bản trong việc rót vốn công vào ngành bán dẫn vẫn có lý do chính đáng. Xét cho cùng, vi mạch và giá trị của chúng đối với sự phát triển công nghệ trong tương lai đóng vai trò then chốt đối với an ninh quốc gia và sự ổn định kinh tế. Sau khi đánh mất vị thế dẫn đầu toàn cầu vào những năm 1980 và 1990, Nhật Bản hiện đang tái gia nhập cuộc đua sản xuất bán dẫn tiên tiến. Một số người thậm chí còn cho rằng đây là cơ hội cuối cùng của Nhật Bản để bắt kịp.

Ngoài ra, cũng có những lo ngại rằng chuỗi cung ứng toàn cầu có thể bị gián đoạn trong bối cảnh căng thẳng leo thang giữa Mỹ và Trung Quốc. Trong một thế giới ngày càng bất ổn, Rapidus có thể giúp bảo vệ nền kinh tế Nhật Bản. Tuy nhiên, để một doanh nghiệp mới cạnh tranh với các ông lớn trong ngành bán dẫn toàn cầu sẽ không hề dễ dàng.

Koike hy vọng Rapidus có thể vượt lên các đối thủ bằng tốc độ sản xuất nhanh hơn. “Muốn dẫn đầu, phải nhanh hơn,” ông nhấn mạnh.

Thiết bị quang khắc tiên tiến của Rapidus do ASLM sản xuất đến Sân bay New Chitose. Ảnh: Rapidus