AI đang 'nuốt' chip nhớ của cả thế giới ra sao?

Thay vì tập trung hoàn toàn vào sức mạnh của các bộ vi xử lí đồ họa độc lập, cơn khát phần cứng hiện nay đang chuyển hướng sang một cấu phần nền móng khác vô cùng quan trọng là chip nhớ.

Việc các mô hình ngôn ngữ lớn liên tục mở rộng quy mô tham số đã biến bộ nhớ chuyên dụng thành một thứ tài nguyên khan hiếm, châm ngòi cho một cuộc cạnh tranh nguồn cung khốc liệt và định hình lại cấu trúc kinh tế của toàn bộ giới công nghệ.

Cơn khát chip nhớ của các mô hình tiên tiến và giới hạn phần cứng

Để vận hành những hệ thống trí tuệ nhân tạo hiện đại, các trung tâm máy chủ yêu cầu năng lực tính toán thuần túy đi kèm với tốc độ truyền tải dữ liệu siêu tốc. Khi xử lí hàng trăm tỉ tham số phức tạp cùng lúc, các bộ vi xử lí trung tâm sẽ lập tức rơi vào trạng thái nghẽn cổ chai nếu tốc độ của bộ nhớ lưu trữ xung quanh không đáp ứng kịp. Điều này buộc các tập đoàn công nghệ phải tìm đến dòng chip nhớ băng thông rộng chuyên dụng, thường được biết đến với tên gọi HBM.

Loại linh kiện này được thiết kế theo cấu trúc xếp chồng các lớp chip lên nhau theo chiều dọc nhằm tối ưu hóa lượng dữ liệu truyền tải và tiết kiệm điện năng tiêu thụ ở mức tối đa. Sự phức tạp của kỹ thuật đóng gói chip nhớ HBM đòi hỏi quy trình đục xuyên qua các lớp silicon mỏng manh, một công nghệ cần độ chính xác cực cao và có tỉ lệ hỏng hóc lớn. Do đó, dù các nhà máy hoạt động hết công suất, sản lượng thực tế xuất xưởng vẫn không thể bắt kịp nhu cầu.

Sự xuất hiện của các ứng dụng tạo văn bản và hình ảnh phức tạp đã biến chip nhớ từ một mặt hàng phụ trợ thông thường thành phần trung tâm của toàn bộ hệ thống phần cứng. Nhu cầu khổng lồ từ các doanh nghiệp đầu ngành như Nvidia, Microsoft, Meta hay Google đã đẩy các nhà sản xuất bộ nhớ vào tình trạng quá tải trầm trọng.

Mỗi bộ xử lí đồ họa tiên tiến thế hệ mới hiện nay yêu cầu dung lượng bộ nhớ HBM cao gấp nhiều lần thế hệ trước, biến bộ nhớ thành giới hạn lớn nhất của khả năng tính toán. Các hệ thống máy chủ phục vụ cho việc huấn luyện thuật toán yêu cầu dung lượng và tốc độ bộ nhớ lớn hơn gấp hàng chục lần so với máy chủ đám mây truyền thống.

Hệ quả tất yếu là bộ nhớ băng thông rộng chuyên biệt đang bị các gã khổng lồ công nghệ bao tiêu toàn bộ sản lượng, trực tiếp hút cạn nguồn cung vốn đã eo hẹp của thị trường bán dẫn. Quá trình dịch chuyển này diễn ra với tốc độ chóng mặt, khiến các dây chuyền tinh chế silicon luôn trong tình trạng hoạt động hết công suất nhưng vẫn bất lực trước hàng dài các đơn đặt hàng chồng chất.

Sự đảo lộn trật tự và quyền lực định giá mới của ngành bán dẫn

Trong suốt nhiều năm qua, ngành sản xuất chip nhớ truyền thống thường bị xem là một ngành công nghiệp có tính chu kỳ cao, nơi các sản phẩm dễ dàng bị hoán đổi và các hãng sản xuất liên tục phải cạnh tranh gay gắt bằng việc hạ giá bán. Tuy nhiên, sự xuất hiện của dòng chip chuyên dụng phục vụ trí tuệ nhân tạo đã thiết lập lại một trật tự kinh tế hoàn toàn mới.

Nhờ nắm giữ công nghệ lõi và khả năng thiết kế kiến trúc xếp chồng phức tạp, các nhà sản xuất lớn như SK Hynix, Samsung và Micron bỗng chốc nắm quyền chủ động tuyệt đối trên bàn đàm phán thương mại. SK Hynix vươn lên mạnh mẽ và trở thành người dẫn đầu trong mảng chip HBM nhờ việc đi trước trong nghiên cứu, thu về những hợp đồng cung ứng béo bở trực tiếp cho Nvidia.

Thực tế, để sản xuất một khối lượng HBM nhất định, các nhà máy cần tiêu tốn diện tích phiến silicon lớn gấp đôi so với bộ nhớ DRAM tiêu chuẩn. Điều này có nghĩa là khi các hãng sản xuất chuyển hướng dồn lực cho bộ nhớ băng thông rộng, tổng lượng vật liệu bán dẫn dành cho toàn thị trường tự động sụt giảm mạnh.

Trong khi đó, Samsung, gã khổng lồ vốn thống trị mảng bộ nhớ nói chung trong thời gian dài, đang phải dồn mọi nguồn lực để tái cấu trúc các nhà máy nhằm giành lại thị phần trong mảng chip hiệu năng cao. Ở bên kia bán cầu, Micron đang dốc sức tăng tốc đầu tư các dây chuyền quang khắc tiên tiến tại Mỹ nhằm đáp ứng cơn khát đang lan rộng.

Sự chuyển dịch này cuốn theo cả những tập đoàn như Kioxia hay Intel. Kioxia đang ghi nhận sự phục hồi mạnh mẽ trong mảng bộ nhớ lưu trữ NAND flash vì các máy chủ AI cần không gian khổng lồ để chứa bộ dữ liệu huấn luyện. Dù đã thay đổi định hướng kinh doanh cốt lõi, Intel vẫn duy trì sức ảnh hưởng lớn nhờ việc kiểm soát các tiêu chuẩn kiến trúc kết nối máy chủ, thứ quyết định cách các chip nhớ giao tiếp với nhau.

Sự chuyển đổi từ mô hình sản xuất đại trà sang sản xuất theo đơn đặt hàng chuyên biệt mang lại cho các đơn vị cung ứng quyền định giá rất cao. Khoảng trống nguồn cung vô hình trung trao cho họ quyền lực thương lượng khổng lồ. Biên lợi nhuận của mảng bộ nhớ cao cấp vượt xa các dòng linh kiện điện tử tiêu dùng thông thường, biến các nhà sản xuất từ vai trò nhà cung ứng thụ động thành những thế lực chi phối trực tiếp tiến trình phát triển công nghệ toàn cầu.

Hệ quả phân phối lại tài nguyên và tương lai của thị trường công nghệ

Cơn khát phần cứng của ngành công nghiệp trí tuệ nhân tạo đang tạo ra một hiệu ứng hút cạn tài nguyên từ các phân khúc truyền thống. Khi phần lớn năng lực của các nhà máy sản xuất như Samsung hay Micron bị chiếm dụng để chế tạo chip băng thông rộng, sản lượng dành cho thiết bị điện tử tiêu dùng tất yếu bị thu hẹp. Điện thoại thông minh, máy tính cá nhân hay thiết bị gia dụng thông minh đều cần đến chip nhớ DRAM và bộ nhớ flash để duy trì hoạt động.

Việc các nhà sản xuất ưu tiên phân bổ những tấm wafer silicon tinh khiết cho các sản phẩm trí tuệ nhân tạo mang lại biên lợi nhuận cao sẽ làm giảm lượng linh kiện cung ứng cho thị trường tiêu dùng. Điều này tạo ra nguy cơ châm ngòi cho một đợt tăng giá thiết bị trên diện rộng, buộc người dùng đại chúng phải chi trả nhiều tiền hơn cho các sản phẩm công nghệ cơ bản hàng ngày.

Nghịch lí nằm ở chỗ, ngay cả các thiết bị cá nhân cũng đang bị cuốn vào vòng xoáy nâng cấp phần cứng để chạy các ứng dụng thông minh cục bộ. Những thế hệ máy tính xách tay hay điện thoại di động mới hiện nay đòi hỏi mức RAM cơ bản lên tới 16GB để xử lí ngôn ngữ tại chỗ, khiến áp lực lên chuỗi cung ứng chip nhớ càng trở nên căng thẳng.

Để giải quyết sự thiếu hụt nguồn cung ngày càng trầm trọng, các tập đoàn bán dẫn đang triển khai các kế hoạch mở rộng quy mô sản xuất vô cùng quyết liệt. Hàng chục tỉ USD đang được cấp tập đổ vào việc xây dựng các trung tâm điện toán và nhà máy đúc wafer mới tại nhiều quốc gia.

Các hãng phải chạy đua mở rộng không gian phòng sạch, lắp đặt các hệ thống quang khắc đắt đỏ và nâng cấp công nghệ đóng gói tiên tiến để đẩy nhanh năng suất từng tấm chip. Các nhà sản xuất thiết bị gốc sẽ phải đối mặt với bài toán chi phí vô cùng nan giải khi nguồn cung linh kiện nhớ bị vắt kiệt. Cuộc chiến tiếp theo trên thị trường công nghệ sẽ vượt ra ngoài việc thi thố xem ai tạo ra thuật toán thông minh hơn, chuyển hướng tập trung vào việc ai làm chủ được chuỗi cung ứng vật lí.

Những doanh nghiệp nào làm chủ được công nghệ chế tạo bộ nhớ dung lượng lớn sẽ nắm giữ chiếc chìa khóa định hình tương lai. Người chiến thắng cuối cùng trên bàn cờ này chính là những tổ chức kiểm soát được nguồn cung ứng từ gốc, biến chip nhớ thành những mạch máu luân chuyển khối lượng dữ liệu khổng lồ định hình kỷ nguyên số.

Bùi Tú