Musk khởi động Terafab, 20 tỷ đô la xây dựng nhà máy AI chip 1 terawatt, có thể vượt qua TSMC?

Elon Musk khởi động dự án Terafab, đầu tư từ 20 đến 25 tỷ USD, mục tiêu sản xuất hàng năm 1 terawatt (TW) công suất tính toán và mở rộng chip AI trên quỹ đạo.

Ý chí vượt qua giới hạn của tính toán trên mặt đất

Tỷ phú giàu nhất thế giới Elon Musk ngày 21 tháng 3 đã chính thức công bố kế hoạch sản xuất bán dẫn mang mã tên “Terafab” tại Austin, Texas. Dự án quy mô lớn này dự kiến chi phí từ 20 đến 25 tỷ USD, do Tesla và SpaceX cùng hợp tác vận hành, nhằm mục tiêu sản xuất chip có khả năng tính toán lên tới 1 TW mỗi năm.

Theo dữ liệu do Musk cung cấp, hiện nay tổng công suất AI toàn cầu hàng năm chỉ khoảng 20 GW, mới chỉ đạt 2% so với nhu cầu dự kiến trong tương lai của ông. Nhà máy sản xuất wafer công nghệ cao này gần trụ sở chính tại Austin đặt mục tiêu gấp 50 lần tổng công suất của các nhà máy wafer hiện có trên toàn thế giới.

Musk thẳng thắn chia sẻ rằng, dù ông cảm kích các nhà cung cấp như TSMC, Samsung và Micron, nhưng tốc độ mở rộng của chuỗi cung ứng hiện tại không thể theo kịp kế hoạch mở rộng của ông. Dự án khổng lồ này nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của robot, hệ thống tự lái và hạ tầng không gian, hướng tới đưa nhân loại tiến vào nền văn minh ngân hà.

Cuộc cách mạng sản xuất tích hợp theo chiều dọc và tốc độ lặp lại nhanh

Mô hình hoạt động của Terafab sẽ làm thay đổi cách thức phân công trong ngành bán dẫn truyền thống, bằng cách áp dụng quy trình tích hợp toàn diện trong một nhà máy duy nhất. Cơ sở này sẽ gồm hai nhà máy wafer độc lập, mỗi nhà máy chỉ tập trung vào một loại thiết kế chip để đơn giản hóa quy trình và nâng cao năng suất. Trong nhà máy, các công đoạn thiết kế, sản xuất, thử nghiệm, đóng gói, thậm chí cả chế tạo mặt nạ (masking) sẽ được tích hợp trong cùng một tòa nhà. Mô hình này tạo ra vòng lặp phản hồi cực kỳ nhanh, rút ngắn chu kỳ từ thiết kế đến thử nghiệm còn dưới 7 ngày.

Khác với các tiêu chuẩn vận hành cực kỳ bảo thủ và cứng nhắc của ngành hiện nay, Terafab cho phép thực hiện nhiều thử nghiệm sáng tạo mang tính rủi ro cao nhưng tiềm năng lợi nhuận lớn. Musk dự định thiết kế lại bất kỳ thiết bị nào gây ra tắc nghẽn năng lực sản xuất, và cho phép các hộp vận chuyển wafer di chuyển theo tuyến tính giữa các thiết bị lân cận để đạt quy mô sản xuất cực lớn. Đổi mới này giúp Tesla và SpaceX có khả năng tự chủ chuỗi cung ứng mạnh mẽ hơn, giảm phụ thuộc vào các dịch vụ gia công bên ngoài, trở thành đòn bẩy trong các cuộc đàm phán giành quyền thương lượng trên thị trường.

Chip AI trên quỹ đạo: Đưa tính toán vào không gian

Ngoài việc mở rộng ứng dụng trên mặt đất, Musk còn tiết lộ tầm nhìn tiên phong về tính toán trong không gian. Ông dự kiến đến 80% công suất chip sản xuất bởi Terafab sẽ được triển khai trên quỹ đạo trái đất, chỉ giữ lại khoảng 100-200 GW công suất tính toán cho mặt đất. Lý do chính là mạng lưới điện mặt đất khó có thể chịu tải lượng tiêu thụ khổng lồ của 1 TW, trong khi năng lượng mặt trời trong không gian có cường độ chiếu sáng gấp 5 lần mặt đất, và khả năng tản nhiệt trong môi trường chân không cũng dễ dàng hơn.

Để thực hiện điều này, Terafab sẽ sản xuất hai hệ thống chip chính: thứ nhất là các chip AI5 hoặc AI6 tối ưu cho tính toán biên (edge computing) trên mặt đất, dùng cho robot hình người Optimus và xe tự lái; thứ hai là chip xử lý không gian tùy chỉnh “D3” lần đầu tiên được tiết lộ. Chip D3 dành riêng cho vệ tinh AI trên quỹ đạo, có khả năng chống bức xạ mạnh mẽ và hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao, giảm thiểu yêu cầu về chất lượng bộ tản nhiệt.

Musk dự đoán rằng, khi kết hợp cùng hệ thống vận chuyển Starship của SpaceX, chi phí tính toán quỹ đạo sẽ giảm xuống dưới mặt đất trong vòng 2 đến 3 năm tới, trở thành nền tảng cho kiến trúc ngân hà trong tương lai.

Nguồn ảnh: Terafab Terafab sẽ sản xuất hai hệ thống chip chính

Tái cấu trúc bản đồ bán dẫn và thách thức công nghệ thực tế

Dù kế hoạch của Musk mang tính gây chấn động, ngành công nghiệp bán dẫn vẫn còn nhiều lo ngại về khả năng thực thi công nghệ. Nếu bắt đầu từ quy trình công nghệ 2 nanomet (nm) tiên tiến, Terafab sẽ đối mặt với các thách thức kỹ thuật cực kỳ cao. Khi chuyển sang kiến trúc transistor GAAFET, quy trình gồm hàng trăm bước cực kỳ khắt khe, bất kỳ sai lệch nhỏ nào cũng có thể làm giảm tỷ lệ thành công nghiêm trọng.

Kinh nghiệm tích lũy lâu năm của TSMC trong tích hợp quy trình và cơ sở dữ liệu lỗi chính là lợi thế cạnh tranh lớn của họ. Thêm vào đó, các máy chiếu EUV tiên tiến có thời gian giao hàng dài và chi phí cao, cùng với việc thiếu hụt nguồn nhân lực kỹ thuật bán dẫn mấu chốt tại Mỹ, là những trở ngại lớn trong ngắn hạn.

Một số nhà phân tích cho rằng, tuy Musk tuyên bố nhằm thể hiện khả năng tích hợp theo chiều dọc, nhằm giảm bớt quyền kiểm soát của các ông lớn gia công wafer đối với khách hàng chủ chốt của họ. Tuy nhiên, nếu Musk thành công trong việc tích hợp công nghệ đóng gói và tối ưu chuỗi cung ứng, về lâu dài, ông hoàn toàn có thể định hình lại trật tự quyền lực toàn cầu trong ngành bán dẫn. Cuộc đua tính toán từ Austin đến không gian này đang thử thách khả năng biến các ý tưởng khoa học viễn tưởng thành năng lực sản xuất thực tế của vị “kẻ điên” Silicon Valley này.