CoWoS: Vũ khí bí mật của TSMC trong cuộc đua chip AI

Trong thế giới công nghệ đang chuyển mình mạnh mẽ dưới tác động của trí tuệ nhân tạo, một yếu tố ít được nhắc đến nhưng giữ vai trò then chốt chính là công nghệ đóng gói bán dẫn tiên tiến – và CoWoS đang là cái tên dẫn đầu.

Được phát triển bởi TSMC, CoWoS là viết tắt của Chip-on-Wafer-on-Substrate – công nghệ cho phép xếp chồng và kết nối nhiều chip bán dẫn trong cùng một "gói", từ đó tối ưu hiệu năng xử lý và giảm tiêu thụ điện năng. Trong bối cảnh các ứng dụng AI ngày càng phức tạp và đòi hỏi khả năng xử lý khổng lồ, CoWoS không khác gì một “đường cao tốc” giúp dữ liệu được truyền nhanh hơn, xa hơn và hiệu quả hơn.

Điều đặc biệt là TSMC hiện là hãng duy nhất cung cấp đầy đủ công nghệ CoWoS, tạo ra một thế độc quyền tương tự như vai trò của ASML với máy quang khắc EUV trong ngành sản xuất bán dẫn. Khi TSMC công bố đầu tư 100 tỷ USD xây dựng tổ hợp nhà máy ở Arizona (Mỹ), giới công nghệ không chỉ nhìn vào con số, mà chú ý hơn cả là việc CoWoS sẽ lần đầu tiên rời khỏi Đài Loan.

CoWoS – Từ công nghệ bị lãng quên đến “ngôi sao” của thời đại AI

Mặc dù hiện nay CoWoS là một phần không thể thiếu trong thiết kế chip AI của Nvidia hay AMD, ít ai biết rằng công nghệ này đã xuất hiện từ năm 2009. Khi ấy, kỹ sư Chiang Shang-yi cùng nhóm của mình tại TSMC đưa ra ý tưởng đưa nhiều bóng bán dẫn vào cùng một chip. Nhưng do chi phí cao và thị trường chưa sẵn sàng, CoWoS từng bị xem là kỳ quặc, thậm chí gây tranh cãi ngay trong nội bộ TSMC.

Thế nhưng AI đã thay đổi tất cả. Những mô hình học sâu và tính toán song song đã khiến nhu cầu xử lý tăng vọt, mở ra đất diễn cho những công nghệ như CoWoS. "Kết quả hiện tại vượt xa mong đợi của tôi", ông Chiang chia sẻ trong một buổi gặp gỡ tại California.

Đóng gói tiên tiến là gì, và vì sao nó quan trọng?

Nếu hình dung mỗi chip như một nhân viên, thì đóng gói truyền thống đặt họ ở các tòa nhà khác nhau, kết nối bằng đường dây. Trong khi đó, đóng gói tiên tiến gom họ vào cùng một văn phòng – khoảng cách ngắn hơn, trao đổi nhanh hơn, hiệu quả hơn.

CoWoS giúp xếp chồng nhiều loại chip – từ CPU, GPU đến bộ nhớ băng thông cao (HBM) – trên một nền tảng duy nhất, vừa tiết kiệm không gian, vừa tăng tốc độ truyền dẫn. Từ đó, không chỉ hiệu suất được cải thiện, mà năng lượng tiêu hao cũng giảm đáng kể – một yếu tố quan trọng trong các trung tâm dữ liệu AI tiêu tốn hàng triệu watt điện mỗi ngày.

CoWoS ngày nay có nhiều phiên bản tùy theo nhu cầu sử dụng:

• CoWoS-S: Dựa trên bộ chuyển đổi silicon cổ điển.
• CoWoS-R: Tối ưu cho hiệu năng và tích hợp sâu hơn.
• CoWoS-L: Kết hợp ưu điểm của CoWoS-S và công nghệ InFO, hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao và tiết kiệm năng lượng.

Mỹ và cơ hội từ CoWoS

Việc TSMC chuyển một phần công nghệ CoWoS sang Mỹ không chỉ là chiến lược kinh tế, mà còn mang tính địa chính trị. Theo các chuyên gia, điều này sẽ giúp Mỹ tích hợp trọn vẹn cả sản xuất lẫn đóng gói chip tiên tiến, thay vì phụ thuộc vào Đài Loan. Đây là "miếng ghép cuối cùng" trong nỗ lực tự chủ chuỗi cung ứng bán dẫn – điều then chốt với an ninh công nghệ quốc gia.

Eric Chen, nhà phân tích tại Digitimes Research nhận định: “CoWoS sẽ giúp Mỹ có chuỗi cung ứng khép kín, tạo lợi thế cạnh tranh rõ ràng trong cuộc đua AI toàn cầu.”

Không chỉ vậy, TSMC cũng hưởng lợi khi phân tán rủi ro sản xuất. “Thay vì để tất cả công nghệ ở một nơi, CoWoS được đặt tại cả Mỹ lẫn Đài Loan sẽ giúp công ty an toàn hơn trước biến động địa chính trị”, theo ông Dan Nystedt, Phó chủ tịch công ty TrioOrient.

Trong khi đó, các đối thủ như Samsung, Intel hay một số công ty Trung Quốc cũng đang phát triển giải pháp đóng gói tương tự. Tuy nhiên, giới phân tích cho rằng CoWoS vẫn giữ khoảng cách đáng kể, đặc biệt ở tính ổn định, khả năng mở rộng và kinh nghiệm thực chiến.

Giữa làn sóng AI đang định hình lại toàn bộ ngành công nghệ, CoWoS không chỉ là một công nghệ đóng gói chip tiên tiến, mà còn là biểu tượng cho sự đổi mới, khả năng thích ứng và tầm nhìn dài hạn. Với việc mở rộng sang Mỹ, CoWoS không chỉ mang lại sức mạnh kỹ thuật mà còn định hình lại cục diện cạnh tranh toàn cầu trong ngành bán dẫn.