Thiếu hụt con chip 1 USD đã khiến ngành bán dẫn toàn cầu lao đao ra sao?

Thời gian đầu, sự thiếu hụt nguồn cung dự kiến chỉ trong ngắn hạn khi các nhà máy đóng cửa để hạn chế sự bùng phát của đại dịch COVID-19. Nhưng dù hoạt động sản xuất đã bình thường trở lại, nguồn cung vẫn không thể đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng đồ điện tử gia tăng đột biến trong giai đoạn đại dịch.

Những ước lượng sai lầm

Tình trạng thiếu hụt nguồn cung chip phát sinh từ một tính toán sai lầm có thể hiểu được vào thời điểm đại dịch COVID-19 bùng phát vào năm ngoái. Khi đại dịch bắt đầu lan rộng từ Trung Quốc sang phần còn lại của thế giới, nhiều công ty đã dự đoán rằng người dân sẽ cắt giảm chi tiêu cho đồ điện tử vì kinh tế eo hẹp hơn.

Nhưng những người mắc kẹt ở nhà bắt đầu mua đồ công nghệ và vẫn tiếp tục mua sau đó. Họ mua máy tính tốt hơn và màn hình lớn hơn để có thể làm việc từ xa. Họ mua cho con mình những chiếc máy tính xách tay mới để học trực tuyến.

Họ mua TV 4K, máy chơi điện tử, máy đánh sữa, nồi chiên không dầu và máy xay để đảm bảo cuộc sống trong điều kiện giãn cách xã hội không nhàm chán. Nhiều nhà quan sát cho rằng đại dịch COVID-19 đã biến thành một ngày Thứ Sáu Đen (Black Friday – một ngày lễ mua sắm) kéo dài.

Các nhà sản xuất ô tô đã không lường trước được tình hình. Họ đóng cửa các nhà máy trong thời gian bị yêu cầu ngừng hoạt động, nhu cầu mua xe cũng giảm vì không ai có thể đến các phòng trưng bày. Do đó, những công ty này yêu cầu các nhà cung cấp ngừng gửi linh kiện, bao gồm cả những chip ngày càng thiết yếu cho việc sản xuất ô tô.

Vào cuối năm ngoái, nhu cầu bắt đầu tăng lên. Người dân muốn ra ngoài và họ không muốn sử dụng phương tiện giao thông công cộng.

Các nhà sản xuất ô tô đã mở lại nhà máy và cố gắng thuyết phục các nhà sản xuất chip như TSMC và Samsung tăng sản lượng. Nhưng rất không may, các công ty này không thể sản xuất chip đủ nhanh cho những khách hàng trung thành của mình.

Con chip 1 USD đẩy ngành bán dẫn toàn cầu vào lao đao

Điều khiến ngành công nghiệp bán dẫn trị giá 450 tỷ USD chìm trong khủng hoảng chỉ là một sản phẩm nhìn qua hết sức nhỏ bé: chip trình điều khiển màn hình (driver màn hình) trị giá chỉ 1 USD.

Hàng trăm loại chip khác nhau tạo nên ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu, với những loại cao cấp nhất của Qualcomm Inc. và Intel Corp. có giá từ 100 USD mỗi chiếc đến hơn 1.000 USD/chiếc. Chúng giúp vận hành những chiếc máy tính mạnh mẽ hoặc chiếc điện thoại thông minh (smartphone) đời mới nhất.

Ngược lại, driver màn hình lại có nhiệm vụ rất đơn giản: Mục đích duy nhất của nó là truyền đạt các hướng dẫn cơ bản để chiếu sáng màn hình trên điện thoại, màn hình máy tính hoặc hệ thống định vị của thiết bị.

Vấn đề đối với ngành công nghiệp chip - và cả những ngành công nghiệp khác có sử dụng chip như sản xuất ô tô – là đang không có đủ trình driver màn hình. Các công ty sản xuất không thể theo kịp với nhu cầu tăng cao, do đó giá cả tăng vọt.

Điều đó góp phần gây ra tình trạng thiếu hụt nguồn cung chip, tăng chi phí của các tấm nền màn hình tinh thể lỏng, các thành phần thiết yếu để sản xuất TV, máy tính xách tay, cũng như ô tô hay máy bay.

Từ sự thiếu hụt driver màn hình, tình trạng khan hiếm các loại chip khác – như chip kiểm soát tiêu thụ năng lượng - đang trở nên trầm trọng hơn. Các nhà sản xuất ô tô như Ford Motor Co., Nissan Motor Co. và Volkswagen AG đã phải giảm quy mô sản xuất, dẫn đến khả năng doanh thu của ngành này sẽ thiệt hại hơn 60 tỷ USD trong năm nay.

Tình hình sẽ trở nên tồi tệ hơn trước khi được cải thiện hơn. Một cơn bão mùa Đông hiếm hoi ở bang Texas đã làm đình trệ hàng loạt nhà sản xuất chip của Mỹ. Một vụ hỏa hoạn tại nhà máy sản xuất chip trọng điểm của Nhật Bản Renesas khiến cơ sở này phải đóng cửa trong một tháng.

Samsung Electronics đã cảnh báo về “sự mất cân bằng nghiêm trọng” trong ngành bán dẫn, trong khi công ty sản xuất chất bán dẫn TSMC của Đài Loan (Trung Quốc) cho biết họ không thể đáp ứng kịp nhu cầu dù các nhà máy đang vận hành hơn 100% công suất.

Thế khó của các nhà sản xuất chip

Himax Technologies Co., nhà cung cấp hàng đầu về trình driver màn hình giải thích rằng họ không thể tăng sản lượng bằng cách thúc đẩy lực lượng lao động chăm chỉ hơn.

Himax thiết kế các driver màn hình và sau đó sản xuất chúng tại một công ty sản xuất chất bán dẫn như TSMC hoặc United Microelectronics Corp.

Các chip của Himax được sản xuất trên công nghệ "mature node" đã cũ, cách các quy trình tiên tiến nhất tới vài thế hệ. Những chiếc máy này khắc các đường có chiều rộng từ 16 nanomet trở lên trên tấm silicon, lớn hơn rất nhiều so với 5 nanomet của các chip cao cấp.

Vấn đề là các dây chuyền sản xuất chip này đang chạy hết công suất. Phía Himax cho biết đại dịch COVID-19 đã thúc đẩy nhu cầu mạnh mẽ đến mức các đối tác sản xuất không thể tạo đủ driver màn hình cho tất cả các tấm nền màn hình sử dụng cho máy tính, TV và máy trò chơi, bên cạnh những sản phẩm công nghệ mới được tích hợp màn hình điểu khiển tủ lạnh thông minh, nhiệt kế thông minh và hệ thống giải trí trên xe ô tô.

Nguồn cung chip vi mạch tích hợp cho các hệ thống ô tô đang đặc biệt thiếu hụt vì chúng thường được sản xuất trên tấm silicon (wafer) rộng 8 inch, thay vì tấm 12 inch cao cấp hơn.

Sumco Corp., một trong những nhà sản xuất wafer hàng đầu, đã báo cáo năng lực sản xuất của dây chuyền thiết bị 8 inch là khoảng 5.000 tấm một tháng vào năm 2020 - ít hơn so với năm 2017.

Không công ty nào xây dựng thêm các dây chuyền sản xuất mature node vì chúng không mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Các dây chuyền hiện có đã được tinh chỉnh để có sản lượng gần như hoàn hảo, có nghĩa là các driver màn hình cơ bản có thể được sản xuất với giá dưới 1 USD còn những phiên bản cao cấp hơn không đắt đỏ quá mức.

Việc mua thiết bị mới và bắt đầu với năng suất thấp hơn đồng nghĩa với việc chi phí của các nhà sản xuất sẽ bị đội lên cao hơn.

Tác động của sự thiếu hụt chip đã được thể hiện thông qua giá màn hình LCD tăng đột biến. Giá màn hình LCD 50 inch cho TV đã tăng gấp đôi trong khoảng thời gian từ tháng 1/2020 đến tháng 3/2021.

Chuyên gia Matthew Kanterman của công ty nghiên cứu thị trường Bloomberg Intelligence dự đoán rằng giá của loại màn hình trên sẽ tiếp tục tăng ít nhất tới quý III/2021.

Các chuyên gia quan sát không kỳ vọng cuộc khủng hoảng thiếu chip, đặc biệt là đối với các linh kiện ô tô, sẽ sớm kết thúc. Họ cho rằng hiện thị trường vẫn chưa xuất hiện “ánh sáng cuối đường hầm”.