Người gầy dựng nền công nghệ chip bán dẫn của Đài Loan (Từ Người Đô Thị

 Hiếm có nơi nào như Đài Loan, một hòn đảo mà sự phát triển kỳ diệu của nó lại gắn liền với tên tuổi và sự nghiệp của hai nhân vật lịch sử vốn được coi là thất thế, sa cơ lỡ vận. Người thứ nhất là Tưởng Giới Thạch và người kia là Morris Chang – người mà hầu như mọi người dân Đài Loan đều ngưỡng mộ và yêu quí.

Câu chuyện về Morris Chang mà tôi tình cờ biết được qua một vị giáo sư già người Đài Loan trong một hội nghị khoa học, khiến tôi thực sự say mê và muốn chia sẻ từ lâu. Nhưng rồi thời gian cứ trôi qua mà vẫn chưa viết được. Cho mãi đến gần đây khi hiện tượng khủng hoảng thiếu các vi mạch bán dẫn (hay còn gọi đơn giản là chip bán dẫn – semiconductor chips) trở thành vấn đề thời sự quốc tế nóng bỏng, tôi nghĩ nếu bây giờ mình không viết thì chắc sẽ không bao giờ viết và như thế sẽ phí đi một bài học cho bạn đọc quan tâm đến lĩnh vực công nghệ có tầm quan trọng bậc nhất hiện nay với nền kinh tế toàn cầu.

Bài 1: Chuyện 'cổ tích' về một cường quốc công nghệ

Bất ngờ về một “ông lớn” sản xuất chip bán dẫn

Morris Chang là người sáng lập Công ty Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) năm 1987 hầu như từ con số không so với các công ty khổng lồ của Mỹ lúc bấy giờ trong lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và sản xuất linh kiện bán dẫn như Texas Instrument (TI), Intel, Advanced Micro Devices (AMD), IBM... Chỉ sau 30 năm, năm 2017 TSMC vượt qua tất cả các gã khổng lồ của Mỹ để trở thành công ty số một thế giới trong ngành công nghiệp chế tạo các chip bán dẫn.

Tháng 6.2020, TSMC được xếp vào hạng lớn thứ 10 trong các đại công ty toàn cầu. Tổng giá trị của TSMC trên thị trường (tháng 4.2021) là hơn 550 tỷ USD chỉ với khoảng 51 ngàn nhân viên. Đài Loan có 25 triệu dân và tổng sản phẩm quốc nội (GDP) 760 tỷ USD năm 2020, thì TSMC quả là một hiện tượng độc nhất vô nhị không chỉ với Đài Loan mà cả thế giới.

Người sáng lập TSMC - ông Morris Chang, trong vòng vây giới truyền thông báo chí. Ảnh: AFP

Đặc biệt hơn cả, vai trò thống trị về lĩnh vực sản xuất chip bán dẫn của TSMC còn có thể gây ra những ảnh hưởng có tầm cỡ toàn cầu, các cuộc khủng hoảng kinh tế, chính trị, thậm chí cả về quân sự. Chip bán dẫn được xếp vào một trong những mặt hàng chiến lược quan trọng nhất trong chuỗi cung ứng sản xuất, chỉ sau dầu thô và xăng dầu. Điều đó có nghĩa là bất cứ một sự cố nào dẫn đến trục trặc, gián đoạn trong việc sản xuất và phân phối các mặt hàng này đều có thể dẫn tới rối loạn sinh hoạt xã hội và sản xuất của nền kinh tế toàn cầu.

Chẳng hạn, chúng ta hẳn đã biết đến công ty khổng lồ Apple. Giả sử vì một lý do gì đó Apple phải ngừng sản xuất iPhone trong vài tuần thì ảnh hưởng của sự kiện đó đến với đa số chúng ta hầu như không đáng kể, hay thậm chí không cảm nhận được. Nhưng nếu TSMC ngừng sản xuất vài tuần thì lập tức hàng trăm ngàn nhà máy xí nghiệp sản xuất trên thế giới và cả ở Việt Nam có thể phải ngừng trệ, thậm chí phải đóng cửa với hàng triệu người mất việc làm.

Vai trò của TSMC lớn như vậy trong đời sống hàng ngày nhưng cái tên của nó hoàn toàn xa lạ với hầu hết mọi người không làm việc trong lĩnh vực sản xuất hoặc kinh doanh linh kiện bán dẫn. Nói thêm đôi chút là ngay chính người viết có trên 10 năm nghiên cứu về lý thuyết bán dẫn nhưng cũng chỉ biết đến TSMC và Morris Chang một cách tình cờ (xin được kể thêm sau).

Có thể nói hầu hết mọi người trong chúng ta đều sử dụng các thiết bị, vật dụng điện tử trong sinh hoạt cuộc sống và một số không nhỏ sử dụng chúng cả trong công việc hàng ngày, như máy tính chẳng hạn. Các vật dụng điện tử đó hầu hết được điều khiển và xử lý bởi các con chip bán dẫn, dù nhỏ xíu nhưng đóng vai trò như là “linh hồn” của thiết bị đó. Vì vậy, chuyện gì sẽ xảy ra nếu tất cả các máy móc vật dụng có sử dụng chip bán dẫn bị trục trặc hoặc biến mất? Điều đầu tiên là các vật dụng hầu như bất ly thân của hàng tỷ người dân trên hành tinh như điện thoại cầm tay (smartphone), máy tính cá nhân, laptop, TV... trở thành “cục gạch”. Tiếp đến các đồ dùng gia đình như lò vi sóng (microwave), tủ lạnh, máy giặt; rồi đến xe hơi, máy bay, tàu bè, máy móc xét nghiệm và chữa bệnh trong bệnh viện, toàn bộ hệ thống thông tin liên lạc, viễn thông, internet, nhà máy phát điện, máy rút tiền đều ngừng hoạt động; các ngân hàng, trung tâm tài chính đóng cửa, các hệ thống phòng không, quốc phòng cũng bị tê liệt…

Thực ra điều đó đã xảy ra. Vào đầu tháng 4.2021 hãng xe Ford phải tuyên bố ngừng hai dây chuyền sản xuất lớn nhất các loại xe tải F150 ăn khách và đem lại lợi nhuận lớn nhất của họ do thiếu các chip bán dẫn. Giữa tháng 4.2021, đến lượt GM cũng phải ngừng hoạt động một loạt các dây chuyền sản xuất với cùng lý do thiếu chip bán dẫn. Theo ước tính của giới kỹ thuật và kinh doanh thì hiện nay trung bình mỗi chiếc xe hơi chỉ sử dụng một số chip bán dẫn trị giá khoảng 170 USD, nhưng chỉ 10 năm nữa con số này sẽ vào khoảng 1.200 USD. Nguyên do là xe ngày càng “thông minh” sẽ sử dụng càng nhiều hệ thống điều khiển tự động. Ước tính thiệt hại do thiếu hụt chip bán dẫn cho nghành công nghiệp sản xuất xe hơi vào khoảng 60 tỷ USD trong năm 2021 [1]. Gần hơn với chúng ta, một tập đoàn tư nhân trong nước mới đây thông báo ngừng sản xuất smartphone và tivi, một phần cũng do ảnh hưởng không nhỏ của việc khan hiếm chip bán dẫn trong thời gian gần đây.

Năm 2021 sản phẩm chip TSMC chiếm đến 55% thị trường toàn cầu, trong số đó các con chip bán dẫn hiện đại nhất chiếm đến 84%.

TSMC là công ty sản xuất chip bán dẫn với một tỷ trọng lớn áp đảo trên thị trường toàn cầu. Năm 2011 giá trị hàng hóa chip bán dẫn của TSMC chiếm 50% toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn, nhưng chiếm tới 90% lợi nhuận toàn cầu của cả ngành công nghiệp này. Năm 2021 sản phẩm chip chiếm đến 55% thị trường toàn cầu, trong số đó các con chip bán dẫn hiện đại nhất chiếm đến 84% [2]. Vì vậy, không phải ngẫu nhiên mà TSMC được coi là một trong vài công ty có vị trí chiến lược quan trọng nhất thế giới.

Do vị trí quan trọng chiến lược này của TSMC đối với toàn bộ nền kinh tế toàn cầu mà Đài Loan giờ đây được ví như Ả rập Saudi vào những thập niên trước đây. Có người đã ví von rằng năm 1990-1991 Tổng thống Mỹ George H.W. Bush (còn gọi là Bush cha) đã thành lập một liên minh quốc tế 35 nước chống lại nhà độc tài Saddam Hussein để bảo vệ dòng chảy các giếng dầu của Ả rập Saudi không bị gián đoạn thì ngày nay Tổng thống Biden cũng đang thành lập một liên minh quốc tế nhằm bảo vệ Đài Loan tránh một cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu do sản xuất chip bán dẫn bị ngừng trệ và hơn thế nữa...

Sự thành công có một không hai này của TSMC có thể tóm tắt một cách ngắn gọn là do tài năng lãnh đạo của Moris Chang. Nhưng quan trọng nhất là ông đã đề ra một chiến lược phát triển đặc biệt tạo ra cho riêng mình một sân chơi mặc sức tung hoành, để từ đó phát triển không chỉ riêng TSMC của ông mà còn xây dựng cả một nền công nghệ bán dẫn hiện đại nhất thế giới cho hòn đảo với khoảng 25 triệu dân này. Ngoài ra, sự hỗ trợ hết sức hiệu quả của hệ thống chính trị có năng lực và có tầm nhìn xa hiếm có cũng là một nhân tố quyết định cho sự thành công của TSMC và nền công nghiệp bán dẫn của Đài Loan.

Mơ ước viết văn, trở thành kỹ sư

Lúc còn nhỏ Chang mơ ước trở thành nhà văn. Sinh ra năm 1931 và lớn lên ở thành phố nhỏ Ninh Ba (Ningbo) gần Thượng Hải, thủa nhỏ ông và gia đình phải chạy loạn thường xuyên vì chiến tranh và tránh máy bay Nhật ném bom. Thoạt tiên đến Nam Kinh, rồi đến Quảng Châu, Hồng Kông và cuối cùng đến Trùng Khánh.

Chính trong thời gian chạy loạn này, Chang mơ ước trở thành nhà văn hay phóng viên để mô tả lại cuộc sống khổ cực của người dân trong chiến tranh. Tuy vậy, một bước ngoặt quan trọng đến với cuộc đời Chang vào năm 1949, khi người chú ruột đang sống ở Boston (Mỹ) làm đơn xin cho ông vào học ở Đại học Harvard và được chấp nhận.

Ông kể lại rằng “cảm tưởng của tôi lúc đến Harvard là vô cùng phấn khích, hoàn toàn không tin vào mắt mình”... “Nước Mỹ sau Thế Chiến thứ hai đang ở trên đỉnh cao về mọi mặt, và là nước giàu có nhất hành tinh”. Ông còn kể “vào những năm 1950, người Hoa ở Mỹ thường chỉ làm những công việc bình dân như nhà hàng, giặt giũ hoặc cao hơn là kỹ sư, thậm chí có người trở thành giáo sư” nhưng “hầu như không có người Hoa làm những công việc như luật sư, kế toán, chính trị gia và đặc biệt không có nhà văn người Hoa lúc bấy giờ”. Tuy nhiên, Chang nhanh chóng từ bỏ ước mơ trở thành nhà văn khi quyết định xin học ngành “vật lý ứng dụng và kỹ sư” của Đại học Harvard.

Chỉ sau một năm tại Harvard, Chang xin chuyển qua học ngành kỹ sư cơ khí ở  trường MIT.

Chỉ sau một năm học ở Harvard, Chang nhận thấy trường này không phù hợp với mình. Nhất là chương trình kỹ sư quá tổng quát mà ông đang theo học ở đây sẽ không giúp cho ông kiếm được một công việc tốt nhất trong các hãng nghiên cứu và sản xuất. Vậy là ông xin chuyển qua học ngành kỹ sư cơ khí ở Viện Công nghệ Masachuset (MIT) ngay trong thành phố Boston. Chang kể lại là định học lấy bằng tiến sỹ rồi mới đi kiếm việc, nhưng ý định đó không thành sau khi ông thi trượt vào chương trình tiến sỹ của MIT do không chuẩn bị kỹ.

Ông quyết định nộp đơn xin việc. Ông được hai nơi nhận, hãng Ford đồng ý trả 479 USD/tháng và hãng Sylvania Electric Products trả 480 USD/tháng (năm 1955). Ford là hãng xe hơi nổi tiếng và phù hợp với chuyên môn kỹ sư cơ khí của ông hơn. Ông gọi cho phòng nhân sự của Ford đề nghị nâng thêm 1 USD bằng mức lương của Sylvania trả cho ông, Ford từ chối, thế là ông tự ái chọn làm cho Sylvania, dù biết rằng sẽ phải làm việc trong một lĩnh vực hoàn toàn xa lạ với chuyên môn của mình: nghiên cứu và phát triển (R&D) sản xuất linh kiện khuếch đại bán dẫn hay sau này được gọi là transistor.

Lúc bấy giờ transistor mới đang trong giai đoạn R&D sau phát minh của các nhà khoa học từ Bell Laboratories vài năm trước đó (1951). Công việc mà ông được giao đầu tiên là tham gia nghiên cứu để tăng hiệu suất chế tạo sản phẩm các linh kiện transistor làm từ chất bán dẫn germanium. Lúc bấy giờ các kỹ thuật viên nối các điện cực bằng cách hàn với các dây dẫn kim loại. Sức nóng của mối hàn thường làm hỏng vật liệu bán dẫn germanium, một loại vật liệu kém chịu nhiệt, vì vậy hiệu suất sản xuất rất thấp. Anh kỹ sư trẻ Chang đã nghĩ ra một phương pháp mới áp dụng sức nóng không trực tiếp trong qui trình này và đã tăng cao hiệu suất một cách đáng kể.

Hình ảnh Morris Chang (bên trái) đang làm việc tại xưởng năm 1965. Ảnh tư liệu

Phát minh này chỉ là việc áp dụng các kiến thức kỹ sư cơ khí, hoàn toàn không dính dáng gì đến vật lý bán dẫn mà ông hoàn toàn mù tịt. Chang quyết định tự học vật lý bán dẫn bằng quyển sách về bán dẫn của nhà vật lý William Shockley – một trong ba nhà vật lý được giải thưởng Nobel về phát minh ra transistor. Quyển sách rất khó đọc, Chang phải rất chật vật để hiểu từng trang. Một sự tình cờ thú vị đã giúp cho Chang hiểu được vật lý bán dẫn và có thể đó là một yếu tố quan trọng - nếu không muốn nói là quan trọng nhất – khiến Chang trở thành một người thực hiện một cuộc cách mạng trong ngành công nghệ và sản xuất linh kiện bán dẫn 20 năm sau đó. Trong lúc vật lộn để hiểu về vật lý bán dẫn và transistor qua quyển sách của Shockley, Chang phát hiện ra rằng có một kỹ sư cao cấp của công ty Sylvania hàng tối đến quầy rượu trong khách sạn mà Chang đang ở và uống đến say mèm. Thế là Chang lên một kế hoạch: hàng ngày sau khi đi làm về, ông tranh thủ đọc một phần của quyển sách, rồi sau đó xuống làm bạn nhậu với tay kỹ sư kia – thực chất là hỏi ông ta những gì chưa hiểu về phần tài liệu mà mình mới đọc.

Ông kể lại “anh ta không giải đáp được tất cả các câu hỏi của tôi, nhưng đủ cho tôi hiểu phần đó để tiếp tục phần tiếp theo”. Chỉ ít lâu sau Chang đã trở thành một chuyên gia trong lĩnh vực này với các báo cáo ở các hội nghị khoa học, thậm chí còn được mời vào các tiểu ban trong các hội nghị khoa học về bán dẫn. Ông bắt đầu nhận thấy Công ty Sylvania không phải là nơi ông có thể phát huy. Sylvania chế tạo ra được một số transistor rất tốt nhưng công ty lại rất yếu về marketing vì vậy không bán được hàng. Thế là ông quyết định đến phỏng vấn tại Công ty Texas Instruments (TI) ở Dallas, tiểu bang Texas. Ông kể lại đầy ấn tượng: “Ông chủ tương lai của tôi ra đón tôi tại sân bay” và sau đó không khí đầy sôi nổi của các kỹ sư trẻ tại TI làm ông thực sự thích thú. Ông nhận làm việc cho TI năm 27 tuổi, được giao việc trong một dây chuyền sản xuất, chủ yếu sản xuất hợp đồng cho Công ty IBM một loại transistor đặc biệt, rất khó sản xuất.

Lúc bấy giờ IBM cũng đang có một dây chuyền sản xuất loại transistor này với hiệu suất sản phẩm khoảng 10%. Dây chuyền của TI do Chang vận hành sau hai tháng chỉ thỉnh thoảng mới đạt được khoảng 2-3%, còn lại gần như hỏng hết (0%). Giới lãnh đạo của công ty tỏ ra rất lo ngại vì có thể mất một hợp đồng quan trong với IBM – lúc bấy giờ là gã khổng lồ lớn nhất trong ngành máy tính. Sau một thời gian liên tục cải tiến, áp dụng các kiến thức kỹ sư cơ khí được học từ MIT và vật lý bán dẫn mà ông tự học, ông đã tìm được quy trình nâng hiệu suất tới 20%. Thành công này của Chang ngay lập tức được toàn công ty và ngay cả ông chủ tịch của TI biết đến.

Nhà sáng lập TSMC Morris Chang phát biểu tại diễn đàn do United Daily News tổ chức ở Đài Bắc, Đài Loan hôm 21.4.2021. Ảnh: Bloomberg

Thoạt tiên IBM cho rằng ông gặp may, họ cử các kỹ sư đến trao đổi với Chang và lấy làm kinh ngạc trước kiến thức lý thuyết của ông về bán dẫn, và đó chính là chìa khóa để ông nâng cao hiệu suất. Ngay sau đó Chang được giao cho phụ trách một bộ phận R&D về transistor dùng chất germanium với hơn 20 kỹ sư. Chỉ một thời gian ngắn sau đó Chang được biết đến nhờ các thành công quan trọng của bộ phận do ông lãnh đạo, và ông muốn nhắm đến vị trí phó chủ tịch phụ trách R&D của cả công ty. Lãnh đạo công ty gợi ý với Chang nếu ông thực sự nhắm đến vị trí đó thì cần phải có bằng tiến sỹ. Họ bảo ông đó là điều kiện cần phải có để lãnh đạo đội ngũ các nhà khoa học và kỹ sư của TI. Và thế là năm 1961 ở tuổi 30, Chang thi đỗ và đăng ký chương trình PhD của Đại học Stanford.

TI không những vẫn trả lương mà còn đài thọ toàn bộ chi phí của chương trình nghiên cứu làm PhD của ông tại Stanford. Năm 1964 tốt nghiệp PhD từ Đại học Stanford, Chang trở về TI và nhanh chóng được đề bạt, cất nhắc trở thành trưởng của cả bộ phận lớn với hơn 3.000 nhân viên. Cho đến năm 1972, ông đã điều hành toàn bộ lĩnh vực quan trọng nhất của TI – từ nghiên cứu đến sản xuất và kinh doanh các sản phẩm kinh kiện bán dẫn. Rất nhiều người trong đó có ông tin rằng vị trí CEO của công ty sẽ được giao cho ông trong một thời gian không xa [3].

Còn tiếp...

Nguyễn Trung Dân

🍇🍇🍇🍇🍇🍇🍇🍇

Mời Xem :Người gầy dựng nền công nghệ chip bán dẫn của Đài Loan - Bài cuối: Niềm tự hào TSMC