[비즈한국] Chủ đề nóng nhất trong lĩnh vực bảng mạch bán dẫn thời đại Trí tuệ nhân tạo (AI) chính là 'thủy tinh'. Bảng mạch thủy tinh được đánh giá là phù hợp cho bán dẫn AI nhờ độ bền và hiệu suất điện năng cao hơn so với các vật liệu hữu cơ như nhựa thường dùng trong quy trình bán dẫn hiện nay. Do đặc tính của thủy tinh vốn dễ bị tổn thương trước va đập và áp lực bên ngoài, việc đạt được tỷ lệ năng suất ổn định gặp nhiều khó khăn, vì vậy nó từng bị coi là "thông số kỹ thuật quá đà" (over-spec). Tuy nhiên, cùng với sự trỗi dậy của AI, vật liệu này đang thu hút sự chú ý như một nhân tố thay đổi cục diện cạnh tranh. Khi Samsung bắt đầu tham gia mạnh mẽ vào mảng kinh doanh bảng mạch thủy tinh, giá cổ phiếu của các công ty liên quan cũng đang biến động mạnh. Liệu bảng mạch thủy tinh, vốn chưa được thương mại hóa, có thể trở thành nhân tố thay đổi cuộc chơi?
Ngành công nghiệp đồng loạt vào cuộc: 'Liệu silicon sẽ ra đi và thủy tinh sẽ lên ngôi?'
Bảng mạch thủy tinh nổi lên cùng với cơn sốt AI và được gọi là 'bảng mạch trong mơ'. Khi khoan lỗ để kết nối nhiều con chip, việc sử dụng thủy tinh mịn màng cho phép tăng tốc độ xử lý dữ liệu lên đáng kể ngay cả khi sử dụng cùng một mức điện năng so với các vật liệu như nhựa hay silicon. Điều này là do hiện tượng suy giảm tín hiệu điện và tỏa nhiệt ít hơn. Do có độ bền cao hơn bảng mạch hữu cơ truyền thống, nó cũng không bị cong vênh ở nhiệt độ cao và có lợi thế trong việc sản xuất các bảng mạch diện tích lớn. Absolics, công ty con của SKC011790, dự báo hiệu suất điện năng sẽ cải thiện khoảng 50% so với bảng mạch làm từ vật liệu hữu cơ hiện nay.
Năm nay dự kiến sẽ là năm đầu tiên kiểm chứng độ tin cậy về công nghệ của bảng mạch thủy tinh. Ngành công nghiệp cũng đang tái cơ cấu hoạt động và chuẩn bị cho sản xuất hàng loạt. Theo thông tin từ ngành, Samsung Electronics005930 đang tìm kiếm sự hợp tác với các công ty con trong tập đoàn để ứng dụng bảng mạch thủy tinh vào quy trình sản xuất hàng loạt bán dẫn của mình. Dự án này được cho là do bộ phận Foundry (gia công sản xuất) thuộc mảng DS (bán dẫn) của Samsung Electronics dẫn dắt.
Tiếp nối Samsung Electro-Mechanics009150 – công ty đang xây dựng dây chuyền thí điểm tại nhà máy Sejong, có vẻ như Samsung Electronics sẽ tập trung vào năng lực dịch vụ đóng gói tiên tiến (advanced packaging), bao phủ cả bộ nhớ băng thông cao (HBM). Samsung Electro-Mechanics đang lên kế hoạch sản xuất hàng loạt sản phẩm sau năm 2027, sau khi hoàn tất các chương trình quảng bá mẫu thử cho khách hàng trong năm nay. Lim So-jeong, nhà nghiên cứu tại Yuanta Securities, giải thích: “Với tư cách là một IDM (công ty bán dẫn tích hợp), Samsung Electronics tập trung vào việc tăng cường năng lực cạnh tranh tổng thể thông qua sự hợp tác giữa các bộ phận như Foundry – nơi sản xuất bán dẫn hệ thống – và bộ phận TSP – phụ trách quy trình hậu kỳ – khi chiếm lĩnh thị trường bảng mạch thủy tinh.”
SK, đơn vị tiên phong, cũng đặt kỳ vọng rất lớn vào bảng mạch thủy tinh. Chủ tịch tập đoàn SK, Chey Tae-won, sau khi gặp CEO Nvidia Jensen Huang tại CES 2025, đã cầm mô hình bảng mạch thủy tinh của công ty tại gian hàng SK và nói: "Tôi vừa mới bán nó xong". Absolics là công ty được SKC thành lập năm 2021 cùng với Applied Materials – doanh nghiệp thiết bị bán dẫn và màn hình lớn nhất thế giới của Mỹ. Absolics đã hoàn thành nhà máy sản xuất bảng mạch thủy tinh tại bang Georgia (Mỹ) và đặt mục tiêu sản xuất hàng loạt vào năm 2026.
Lịch trình phát triển của LG cũng đang được triển khai. Moon Hyuk-soo, CEO của LG Innotek011070, cũng khẳng định tại CES lần này rằng: "Bảng mạch thủy tinh là hướng đi bắt buộc", đồng thời công bố kế hoạch bắt đầu sản xuất thử nghiệm vào cuối năm nay. LG Innotek đã chính thức khởi động dự án bảng mạch thủy tinh vào tháng 3 năm ngoái và dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất thử nghiệm tại nhà máy Gumi. Đối với Intel, công ty đang đẩy nhanh tốc độ bằng việc đầu tư 1 tỷ USD vào nghiên cứu và phát triển (R&D) bảng mạch thủy tinh. Intel đã công bố sản phẩm mẫu vào tháng 9 năm 2023 và dự kiến ra mắt CPU cũng như bán dẫn AI dựa trên bảng mạch thủy tinh trong năm 2030.
Vẫn còn là 'lý thuyết', "còn chặng đường dài" để thương mại hóa
Vật liệu làm bảng mạch bán dẫn đã thay đổi theo chu kỳ từ 15-20 năm. Vì bảng mạch hữu cơ đã được sử dụng chủ yếu từ sau năm 2000, nên về mặt thời gian, ngành công nghiệp đang chạm tới một bước ngoặt. Vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho bảng mạch bán dẫn hiện nay là silicon. Mặc dù có độ bền và khả năng kiểm soát điện tử tuyệt vời, nhưng nó lại yếu trước điện áp cao và nhiệt độ trên 150℃. Mặc dù silicon interposer đang được sử dụng như một giải pháp, nhưng vấn đề nằm ở giá thành đắt đỏ. Trong lĩnh vực AI, nơi xử lý khối lượng dữ liệu lớn, hạn chế này rất rõ rệt. Ngược lại, bảng mạch thủy tinh có khả năng chịu nhiệt và điện tốt. Bề mặt nhẵn mịn giúp tạo ra các mạch chi tiết thuận lợi hơn, đồng thời không cần bảng mạch trung gian, giúp giảm độ dày của bảng mạch khoảng 25%.
Ngành công nghiệp kỳ vọng rằng nếu bảng mạch thủy tinh được sử dụng rộng rãi, nó sẽ tạo ra hiệu ứng thúc đẩy quy trình sản xuất bán dẫn siêu nhỏ tiến xa thêm hơn hai thế hệ. Một quan chức trong ngành cho biết: "SKC đang tập trung vào việc kiểm chứng công nghệ đóng gói và đảm bảo năng suất, trong khi các doanh nghiệp toàn cầu lớn như Intel và TSMC (Đài Loan) cũng đang chuẩn bị thương mại hóa dựa trên tầm quan trọng của việc đóng gói".
Công ty nghiên cứu thị trường toàn cầu The Insight Partners dự báo quy mô thị trường bảng mạch thủy tinh thế giới sẽ tăng trưởng trung bình khoảng 5,9%/năm, từ 23 triệu USD (khoảng 33,2 tỷ won) năm ngoái lên 4,2 tỷ USD (khoảng 6,06 nghìn tỷ won) vào năm 2034.
Tuy nhiên, lý do khiến bảng mạch thủy tinh – vốn đã được nghiên cứu gần 20 năm – vẫn chưa được thương mại hóa cũng rất rõ ràng. Do nhạy cảm với va đập bên ngoài hoặc áp lực tích tụ, việc tăng năng suất khi sản xuất rất khó khăn và giá bán khó có thể rẻ. Bảng mạch trong mơ này vẫn gần giống như một công nghệ mới ở mức ý tưởng, nên dự kiến sẽ còn đối mặt với nhiều rào cản.
Chính vì vậy, quan điểm chung cho rằng để bảng mạch thủy tinh được thương mại hóa, định hướng và năng lực kỹ thuật là rất quan trọng. Go Yi-young, nhà nghiên cứu điện - điện tử tại Hi Investment & Securities, nhấn mạnh: “Cần phải tái cấu trúc chuỗi cung ứng và kiểm chứng độ tin cậy liên quan đến vật liệu thủy tinh. Cần có công việc tiêu chuẩn hóa để sản xuất hàng loạt, và năng suất khi sản xuất hàng loạt vẫn còn là một ẩn số”. Về mặt kỹ thuật, nhà nghiên cứu này giải thích rằng cần phải cải thiện các công đoạn như: △Tạo lỗ để kết nối điện △Lấp đầy vật liệu dẫn điện một cách đồng nhất △Kết nối giữa các lớp mạch và các quy trình chính xác khác.
Nhà nghiên cứu Go chỉ ra: "Tuy nhiên, nếu có thể bán với giá đủ cao nhờ vào yêu cầu khắt khe của khách hàng muốn tạo ra bán dẫn hiệu suất cao thông qua việc nâng cấp đóng gói, thì năng suất thấp có thể được bù đắp. Hướng đi cho thấy một bước ngoặt mới đang đến gần rất đáng được chú ý".