Thay vì tiếp tục chạy đua thu nhỏ transistor theo cách truyền thống như các nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới, tập đoàn công nghệ Trung Quốc cho biết họ sẽ tăng sức mạnh xử lý thông qua một phương pháp thiết kế kiến trúc chip khác biệt.

Động thái này được xem là bước tiến quan trọng trong nỗ lực vượt qua các lệnh trừng phạt công nghệ kéo dài nhiều năm từ Mỹ, vốn đã khiến Huawei gần như bị cắt khỏi chuỗi cung ứng bán dẫn tiên tiến toàn cầu.

Năm 2019, Huawei bị đưa vào “Danh sách thực thể” của Mỹ, đồng nghĩa công ty không còn được tiếp cận các công nghệ và linh kiện quan trọng từ doanh nghiệp Mỹ. Đến năm 2020, Washington tiếp tục siết chặt bằng Quy tắc sản phẩm trực tiếp nước ngoài (FDPR), cấm các hãng đúc chip sử dụng phần mềm hoặc thiết bị Mỹ sản xuất chip tiên tiến cho Huawei.

Điều này tạo ra cú đánh cực mạnh đối với mảng bán dẫn của Huawei, đặc biệt là bộ phận thiết kế chip HiSilicon – nơi từng tạo ra các dòng chip Kirin nổi tiếng cạnh tranh trực tiếp với Apple và Qualcomm.

Vì sao Huawei không thể tiếp cận chip tiên tiến?

Hai hãng đúc chip lớn nhất thế giới hiện nay là TSMC và Samsung Electronics đều phụ thuộc lớn vào thiết bị và phần mềm có nguồn gốc từ Mỹ. Vì vậy, họ không thể tiếp tục sản xuất chip tiên tiến cho Huawei sau các lệnh cấm.

Hệ quả là Huawei mất khả năng tiếp cận các tiến trình bán dẫn hiện đại với mật độ transistor cao, yếu tố quyết định hiệu năng và khả năng tiết kiệm điện năng của smartphone cao cấp.

Trong giai đoạn đầu, Huawei buộc phải sử dụng một giải pháp “vá lỗi” bằng cách hợp tác với Qualcomm. Công ty Mỹ được cấp phép cung cấp các phiên bản đặc biệt của chip Snapdragon nhưng chỉ hỗ trợ mạng 4G thay vì 5G.

Các mẫu flagship như dòng P50, Mate 50 hay P60 của Huawei từng phải dùng Snapdragon 888 4G hoặc Snapdragon 8+ Gen 1 4G, khiến hãng tụt lại đáng kể trong cuộc đua smartphone cao cấp khi thị trường đã chuyển hoàn toàn sang 5G.

Bước ngoặt xuất hiện vào năm 2023 khi Huawei quyết định tự thiết kế một dòng chip Kirin mới cho series Mate 60. Công ty hợp tác với Semiconductor Manufacturing International Corporation, hay còn gọi là SMIC – xưởng đúc chip lớn nhất Trung Quốc.

Tuy nhiên, SMIC cũng chịu ảnh hưởng nặng nề bởi lệnh cấm từ Mỹ. Công ty không thể mua máy quang khắc EUV – công nghệ tối quan trọng để sản xuất chip tiên tiến hiện nay.

Máy quang khắc EUV sử dụng bước sóng 13,5nm để in các mạch điện cực nhỏ lên wafer silicon, giúp tăng mật độ transistor đáng kể. Hiện chỉ có ASML của Hà Lan sản xuất được loại máy này.

Trong khi đó, SMIC chỉ được phép sử dụng công nghệ quang khắc DUV thế hệ cũ với bước sóng 193nm.

Để khắc phục hạn chế, Huawei và SMIC phải sử dụng kỹ thuật “multiple patterning” – in mạch nhiều lần trên cùng wafer nhằm tạo ra cấu trúc nhỏ hơn khả năng thông thường của DUV. Phương pháp này giúp Huawei chế tạo được chip 7nm cho Mate 60 Pro.

Dù vậy, khoảng cách với các đối thủ vẫn rất lớn. Trong lúc Huawei mới đạt 7nm, Apple đã sử dụng chip A17 Pro tiến trình 3nm trên dòng iPhone 15 Pro và iPhone 15 Pro Max.

Tuy nhiên, Mate 60 vẫn mang ý nghĩa biểu tượng cực lớn khi đánh dấu lần đầu tiên kể từ năm 2020 Huawei có thể bán smartphone flagship hỗ trợ 5G ngay khi xuất xưởng.

"Vũ khí" mới của Huawei

Theo Huawei, hãng sẽ bắt đầu sản xuất các chip Kirin tiên tiến vào năm 2031 nhờ một phương pháp thiết kế hoàn toàn mới thay vì chỉ tập trung thu nhỏ transistor.

Trong nhiều thập kỷ, ngành bán dẫn phát triển dựa trên định luật Moore, tức liên tục giảm kích thước transistor để nhồi nhét nhiều transistor hơn vào cùng diện tích chip. Nhưng Huawei cho rằng họ cần một hướng đi khác khi gần như không có cơ hội tiếp cận EUV trong tương lai gần.

Công ty tuyên bố công nghệ mới có thể đạt mật độ transistor tương đương chip 1,4nm vào năm 2031.

Điều đáng chú ý là TSMC dự kiến bắt đầu sản xuất hàng loạt chip 1,4nm từ nửa cuối năm 2028. Điều đó có nghĩa Huawei vẫn chậm hơn các hãng dẫn đầu vài năm, nhưng khoảng cách sẽ được thu hẹp đáng kể so với hiện tại.

Ý tưởng này được ông He Tingbo, Chủ tịch mảng bán dẫn Huawei, giới thiệu tại Hội nghị chuyên đề quốc tế về mạch và hệ thống IEEE ISCAS 2026 diễn ra ở Thượng Hải.

Trọng tâm của chiến lược mới là “Định luật Tau” – một phương pháp tối ưu giúp giảm thời gian tín hiệu và dữ liệu di chuyển bên trong chip cũng như các hệ thống tính toán.

Thay vì chỉ cố gắng tăng số lượng transistor, Huawei muốn cải thiện hiệu quả truyền dữ liệu và tối ưu kiến trúc bên trong chip. Điều này có thể giúp nâng cao hiệu năng tổng thể mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào tiến trình sản xuất tiên tiến nhất.

Huawei cho biết hãng đã áp dụng Định luật Tau trên 381 loại chip trong 6 năm qua, bao gồm chip cho smartphone và các hệ thống tính toán AI.

Bắt đầu từ mùa thu năm nay, Huawei sẽ triển khai thêm kiến trúc “LogicFolding” – công nghệ giúp rút ngắn đường dẫn dây bên trong chip nhằm tăng tốc độ xử lý cho các bộ xử lý Kirin tương lai.

Trong những năm gần đây, Huawei cũng đã thử nhiều phương án khác nhằm vượt qua lệnh cấm của Mỹ, bao gồm việc đăng ký bằng sáng chế cho các hệ thống quang khắc tiên tiến tự phát triển.

Tuy nhiên, cho đến nay hãng vẫn chưa đạt được bước đột phá đủ lớn để thay thế hoàn toàn công nghệ EUV phương Tây.

Dù vậy, chiến lược dựa trên Định luật Tau được giới phân tích đánh giá là một trong những cơ hội khả thi nhất để Huawei tiếp tục tiến vào lĩnh vực chip tiên tiến mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào cuộc đua thu nhỏ transistor truyền thống.

Nếu thành công, Huawei không chỉ giúp Trung Quốc tiến gần hơn tới mục tiêu tự chủ bán dẫn, mà còn có thể mở ra một hướng phát triển mới cho toàn bộ ngành công nghiệp chip toàn cầu trong thời kỳ hậu định luật Moore.