Nhu cầu về AI gia tăng đã kéo theo yêu cầu cao hơn đối với GPU, TPU và các bộ xử lý. Nhưng AI cũng là lời giải cho nhiều bài toán trong sản xuất bán dẫn…

Theo TS. Steven Woo tại công ty bán dẫn Rambus, trước sự phát triển của AI, việc đáp ứng nhu cầu tăng vọt về cả số lượng lẫn chất lượng đang là thách thức lớn ngay cả với những “ông lớn” của ngành bán dẫn. 

Thiết kế chip bao gồm nhiều công đoạn phức tạp, từ thiết kế chức năng, tổng hợp mạch cho tới bố trí, định tuyến, xác minh, sản xuất thử nghiệm,... Với các dòng chip tiên tiến, toàn bộ quá trình này có thể kéo dài nhiều năm. 

Trong khi đó, sự bùng nổ của AI càng tạo áp lực buộc ngành công nghiệp phải rút ngắn thời gian, đổi mới nhanh hơn, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về năng lượng, bộ nhớ và băng thông. 

Điều này đồng nghĩa các nhà thiết kế phải phát triển sản phẩm với tần suất dày đặc hơn và trong khung thời gian gấp gáp hơn. 

Chưa kể, theo dự báo của Hiệp hội ngành công nghiệp toàn cầu (SEMI), từ nay đến năm 2030, ngành bán dẫn toàn cầu sẽ cần thêm khoảng một triệu lao động lành nghề. Thách thức này càng khiến việc đẩy mạnh tự động hóa trở thành chiến lược cho các doanh nghiệp trong ngành. 

Theo chuyên gia, ứng dụng AI vào sản xuất bán dẫn sẽ là lời giải để giúp nâng cao hiệu suất vượt trội, đặc biệt đối với những dòng chip đòi hỏi hiệu năng cao.

Các thuật toán học máy có thể phân tích lượng dữ liệu khổng lồ từ quy trình sản xuất để phát hiện bất thường và điều chỉnh hoạt động ngay lập tức. 

Nhờ vậy, doanh nghiệp có thể tiết kiệm vật liệu, giảm thời gian gián đoạn, cắt giảm chi phí. 

Cuộc đua phát triển AI cũng buộc các tập đoàn lớn không ngừng đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu, thiết kế và sản xuất nhằm nâng cao năng lực cung ứng chip. Tháng 3/2025, TSMC công bố bổ sung 100 tỷ USD cho các cơ sở sản xuất tại Mỹ. Theo McKinsey, từ nay đến năm 2030, tổng vốn đầu tư xây dựng nhà máy bán dẫn trên toàn cầu có thể lên tới 1.000 tỷ USD – con số cho thấy quy mô khổng lồ của ngành.

Các tập đoàn công nghệ như NVIDIA thậm chí đang xây dựng “nhà máy AI” – hệ thống chuyên dụng giúp quản lý và tối ưu toàn bộ vòng đời của AI. 

Đây được coi là bước ngoặt, mở ra một kỷ nguyên mới cho chuỗi cung ứng bán dẫn cũng như hạ tầng tính toán toàn cầu.

Các nhà thiết kế chip hiện nay buộc phải tập trung vào việc tạo ra những sản phẩm nhỏ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn nhưng vẫn mạnh mẽ hơn. 

Giám đốc điều hành NVIDIA Jensen Huang từng nhấn mạnh: “AI đang tăng tốc vượt bậc. Khối lượng tính toán mà chúng ta cần hiện nay, với sự phát triển của AI và các mô hình tác nhân, đã lớn gấp hơn 100 lần so với dự đoán chỉ một năm trước”. 

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đối với chip chuyên dụng và giảm thiểu thách thức về năng lượng, các nhà thiết kế trong ngành cũng đang nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới. 

Và AI cũng đang góp phần thúc đẩy quá trình R&D, khi có thể phân tích dữ liệu thử nghiệm để dự đoán đặc tính của những vật liệu thay thế silicon, đồng thời hỗ trợ các phương pháp chế tạo mới như công nghệ xếp chồng, mở ra cơ hội tạo ra các dòng chip vừa hiệu quả, vừa mạnh mẽ hơn.

Đây là yếu tố then chốt trong bối cảnh ngành bán dẫn đang tiến dần tới ngưỡng của Định luật Moore và cần tìm ra những hướng đi mới để tiếp tục nâng cao hiệu suất chip.

Ứng dụng AI trong thiết kế, lắp ráp, thử nghiệm và kiểm soát chất lượng đang giúp đảm bảo chỉ những con chip đạt chuẩn cao nhất mới được đưa ra thị trường. Với sự hỗ trợ của AI, các nhà thiết kế có thể phát hiện khuyết điểm ở cấp độ vi mô nhanh chóng và chính xác hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Nhờ đó, nguy cơ sản phẩm lỗi đến tay người dùng giảm đáng kể, trong khi độ tin cậy tổng thể của chip bán dẫn được nâng cao rõ rệt.

Theo dự báo, đầu tư vào AI cho thiết kế chip có thể đạt 500 triệu USD vào năm 2026. Song song, giá trị thị trường của các bộ tăng tốc AI dùng trong máy chủ được kỳ vọng tăng thêm 12 tỷ USD trong giai đoạn 2024 – 2028.

Sự phát triển của AI đòi hỏi ngành công nghiệp bán dẫn phải thực sự bước vào giai đoạn chuyển mình mạnh mẽ. Thế nhưng, chính AI cũng đang giúp việc sản xuất bán dẫn trở nên hiệu quả hơn, sáng tạo hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Mối tương tác hai chiều giữa AI và bán dẫn đang hình thành một vòng tuần hoàn tiến bộ công nghệ, được thúc đẩy đổi mới liên tục.