Người giàu nhất thế giới và Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk đã công bố với thế giới một trong những tầm nhìn đầy tham vọng nhất của ông cho đến nay - Terafab. Ngày 22/3, Musk tổ chức hội nghị dự án Terafab tại Austin, Texas, Mỹ, thông báo ra mắt chính thức dự án Terafab do Tesla, SpaceX và xAI cùng xây dựng. Dự án này là dự án sản xuất wafer 2 nanomet và được coi là biện pháp quan trọng để Musk vượt qua nút thắt nguồn cung chip toàn cầu.
Đây được Tesla gọi là "nhà máy sản xuất chip lớn nhất trong lịch sử". Mục tiêu là sản xuất 1 terawatt (TW) chip điện toán AI mỗi năm và chủ yếu triển khai chúng vào không gian. Musk cho biết sản lượng điện toán AI toàn cầu hàng năm hiện nay là khoảng 20 gigawatt và công suất sản xuất điện toán hàng năm của Terafab tương đương gấp 50 lần so với hiện tại.
Tesla và SpaceX có nhiều nhu cầu về sức mạnh tính toán hơn. Mục tiêu hiện tại là cung cấp
Terafab đầy tham vọng đến nỗi ngay cả bản thân Musk cũng phải dùng những từ như "điên" và “giới hạn vật lý” để mô tả kế hoạch của mình trong bài phát biểu.
Đằng sau động thái này là những hạn chế thực sự về khoảng cách năng lực sản xuất chip toàn cầu, đồng thời đó cũng là mong muốn ấp ủ từ lâu của Musk là triển khai sức mạnh tính toán không gian và thúc đẩy nền văn minh đa hành tinh. Trong kế hoạch chi tiết của mình, Terafab sẽ ưu tiên giải quyết vấn đề cung cấp chip ngắn hạn và hỗ trợ sản xuất hàng loạt robot Optimus và mạng vệ tinh AI không gian; trong trung hạn, nó sẽ dựa vào sức mạnh tính toán không gian chi phí thấp để mở rộng các kịch bản ứng dụng và thúc đẩy quy mô nền kinh tế trái đất; và về lâu dài, nó sẽ dựa vào căn cứ mặt trăng để hoàn thành bước nhảy vọt về sức mạnh tính toán nhằm thúc đẩy con người trở thành loài đa hành tinh và hướng tới một “nền văn minh thiên hà”.
Hai nhà máy wafer, sản xuất vòng kín toàn quy trình chưa từng có
Tại sao chúng ta phải kết thúc việc sản xuất chip? Theo quan điểm của Musk, năng lực sản xuất chip toàn cầu hiện tại không thể đáp ứng được nhu cầu trong tương lai của ông.
Mặc dù Musk đã nói rõ rằng ông sẽ đích thân thông báo cho các nhà sản xuất chuỗi cung ứng hiện có như Samsung, TSMC và Micron rằng họ sẽ tiếp tục mua chip và bày tỏ lòng biết ơn đối với chuỗi cung ứng hiện có, nhưng tốc độ mở rộng của các nhà sản xuất này còn lâu mới đáp ứng được những nhu cầu cứng nhắc trong dự án của ông. Anh ta thẳng thừng nói: “Hoặc Terafab sẽ được xây dựng, hoặc chúng tôi sẽ không có sẵn chip nào”.
Musk giới thiệu rằng Terafab có hai nhà máy, mỗi nhà máy tập trung vào một loại chip và sẽ đạt được quy trình sản xuất khép kín toàn quy trình.
Điều đáng nói là Terafab sẽ phá vỡ mô hình phân công lao động hiện có trong sản xuất chip toàn cầu và tập trung toàn bộ chuỗi mặt nạ quang khắc, sản xuất chip, đóng gói và thử nghiệm trong một nhà máy duy nhất, tạo thành một vòng lặp khép kín cực nhanh "làm mặt nạ - sản xuất chip - thử nghiệm - tối ưu hóa mặt nạ - tái sản xuất".
Musk tiết lộ rằng hiện tại không có nhà máy nào trên thế giới có thể kết hợp tất cả logic, lưu trữ, đóng gói, thử nghiệm, mặt nạ quang khắc, v.v. để đạt được bố cục tích hợp toàn bộ quy trình này. Tốc độ lặp của nó cao hơn nhiều so với các dây chuyền sản xuất thông thường và có thể hỗ trợ thử nghiệm quy trình khắc nghiệt cũng như nghiên cứu và phát triển hướng vật lý mới của chip điện toán.
"Chúng tôi không chỉ sản xuất chip điện toán theo cách truyền thống, tôi nghĩ có một số hướng vật lý mới rất thú vị và khả thi. Theo thời gian, chúng tôi chắc chắn sẽ thành công. Chúng tôi sẽ thực sự đẩy chip điện toán đến giới hạn vật lý." Musk nói thêm.
Về mặt ứng dụng, ông giới thiệu rằng hai nhà máy wafer của nhà máy có sự phân công lao động rõ ràng và tập trung vào sản xuất hàng loạt hai loại chip để phù hợp chính xác với nhu cầu của các tình huống khác nhau.
Musk có kế hoạch sản xuất nhiều chip
Loại đầu tiên là chip tối ưu hóa suy luận biên, chủ yếu được cài đặt trên robot hình người Optimus và hệ thống lái tự động của Tesla, trong đó nhu cầu cốt lõi là thị trường robot. Musk dự đoán năng lực sản xuất ô tô hàng năm trên toàn cầu là khoảng 100 triệu chiếc và năng lực sản xuất hàng năm của robot hình người sẽ đạt 1 tỷ đến 10 tỷ chiếc trong tương lai. Nhu cầu gấp 10 đến 100 lần ô tô. Tesla đặt mục tiêu chiếm thị phần rất lớn trong số này và loại chip này cũng sẽ mở rộng năng lực sản xuất.
Loại thứ hai là chip tùy chỉnh công suất cao dành cho không gian, đặc biệt thích nghi với môi trường khắc nghiệt của không gian và được triển khai trong mạng trung tâm dữ liệu AI trên quỹ đạo của SpaceX. Có những vấn đề về bức xạ như sự tích tụ các ion, photon và electron năng lượng cao trong không gian. Các chỉ số chống nhiễu, chống lão hóa, chống bức xạ của chip đều cao hơn so với các sản phẩm trên mặt đất. Đồng thời, để giảm trọng lượng tải của bộ tản nhiệt không gian, nhiệt độ hoạt động của chip sẽ cao hơn một chút so với nhiệt độ hoạt động của chip thông thường trên mặt đất. Các thông số quy trình và tiêu chuẩn dung sai lỗi được tùy chỉnh đặc biệt.
Việc triển khai sức mạnh tính toán đang chuyển sang không gian. Dự kiến chi phí sẽ thấp hơn so với mặt bằng trong vòng 2 đến 3 năm.
Bố cục của Terafab tập trung vào không gian. Cốt lõi trong cách bố trí của Terafab là Musk tin rằng năng lượng và sức mạnh tính toán của trái đất có những hạn chế tự nhiên.
Dữ liệu ông đưa ra cho thấy trái đất chỉ nhận được một phần tỷ tổng năng lượng của mặt trời. Mặt trời chiếm 99,8% tổng khối lượng của hệ mặt trời. Tổng sản lượng điện hàng năm của toàn nhân loại chỉ tương đương một phần nghìn tỷ tổng năng lượng của mặt trời. Ngay cả khi quy mô năng lượng của con người tăng lên 1 triệu lần thì nó cũng chỉ chạm tới 1 phần triệu năng lượng mặt trời. Có một giới hạn không thể phá vỡ đối với việc mở rộng sức mạnh tính toán của trái đất.
Sức mạnh tính toán được triển khai trong không gian có lợi thế đáng kể về mặt định lượng: không có sự suy giảm khí quyển trong không gian, không có sự thay đổi theo mùa trong ngày và đêm, các vệ tinh luôn hướng về mặt trời và hiệu suất thu năng lượng mặt trời cao hơn 5 lần so với mặt đất mà không cần lưu trữ quy mô lớn. Pin tiết kiệm năng lượng; các tấm pin mặt trời không gian không yêu cầu kính và khung dày để chịu được thời tiết khắc nghiệt và chi phí phần cứng thấp hơn; mặt khác, trên Trái đất, các địa điểm triển khai sức mạnh tính toán chất lượng cao ngày càng trở nên khan hiếm và chi phí mở rộng tiếp tục tăng. Trong không gian, có thể đạt được sự mở rộng không giới hạn và quy mô càng lớn thì đơn giá càng thấp.
Musk dự đoán rằng trong vòng 2 đến 3 năm tới, chi phí triển khai sức mạnh tính toán AI trong không gian sẽ thấp hơn so với trên mặt đất. "Một khi chi phí đi vào quỹ đạo giảm xuống, việc đưa sức mạnh tính toán AI vào không gian sẽ trở nên gần như hiển nhiên và cực kỳ hiệu quả về mặt chi phí. Và khi quy mô mở rộng, không gian sẽ trở nên rẻ hơn và dễ dàng hơn; và trên mặt đất, khi nó ngày càng tiết kiệm chi phí, nhiều sức mạnh tính toán hơn sẽ được triển khai và các vị trí trong không gian ngày càng ít đi." Do hạn chế về nguồn điện, chỉ có 100 đến 200 gigawatt công suất tính toán (chiếm khoảng 20% tổng công suất sản xuất) được triển khai trên trái đất mỗi năm và công suất tính toán chính cấp terawatt còn lại (chiếm khoảng 80% tổng công suất sản xuất) đều được đưa vào quỹ đạo.
"Để đạt được một terawatt công suất tính toán mỗi năm, dựa trên 100 kilowatt mỗi tấn, chúng ta cần vận chuyển khoảng 10 triệu tấn trọng tải lên quỹ đạo mỗi năm. Chúng tôi tự tin rằng chúng ta có thể làm được điều này mà không cần bất kỳ định luật vật lý mới nào. Đây không phải là một nhiệm vụ bất khả thi. Tôi tin rằng SpaceX có thể gửi 10 triệu tấn lên quỹ đạo mỗi năm." Musk nói.
Kế hoạch lớn hơn 1 terawatt và căn cứ mặt trăng nhằm mục đích mở rộng sức mạnh tính toán lên hàng nghìn lần
Terafab không phải là mục tiêu cuối cùng của Musk.
Musk cũng công bố một kế hoạch dài hạn, nói rằng ông sẽ đạt được sức mạnh tính toán tăng gấp nghìn lần bằng cách chế tạo một khối điều khiển điện từ trên mặt trăng. Ông tin rằng mặt trăng không có bầu khí quyển và chỉ có trọng lực bằng 1/6 trái đất. Nó không cần phóng tên lửa và có thể trực tiếp tăng tốc tải đến vận tốc thoát thông qua người lái. Quy mô sức mạnh tính toán sẽ được tăng lên 1.000 lần dựa trên 1 terawatt (tức là mức petawatt), giúp giảm đáng kể chi phí triển khai không gian sâu.
Ảnh chụp màn hình video về bộ điều khiển khối điện từ mặt trăng do Musk trình chiếu
“Tôi thực sự hy vọng rằng mình có thể sống để chứng kiến sự hoàn thiện của bộ điều khiển khối lượng mặt trăng. Nó sẽ vô cùng ngoạn mục.” Musk nói.
Theo quan điểm của ông, sự gia tăng năng lực kinh tế và sản xuất tương ứng với kế hoạch này là rõ ràng: sau khi hạ cánh xuống mặt trăng, con người có thể sử dụng một phần triệu năng lượng mặt trời. Quy mô năng lượng này dự kiến sẽ thúc đẩy khối lượng kinh tế của trái đất tăng thêm 1 triệu lần. "Sau đó, chúng tôi sẽ tiếp tục mở rộng sang các hành tinh và ngôi sao khác, tạo ra một tương lai thú vị nhất mà tôi có thể tưởng tượng."
Musk mong đợi, "Chúng ta bay qua mặt trăng, bay qua sao Hỏa và đi qua các vành đai của sao Thổ. Hãy tưởng tượng nếu bạn có thể mua một vé đến sao Thổ. Thậm chí người ta còn nói rằng trong tương lai bạn có thể không cần mua vé để đến sao Thổ mà lại được đi du lịch miễn phí. Điều này nghe có vẻ điên rồ, nhưng nếu nền kinh tế có thể tăng trưởng gấp 1 triệu lần quy mô hiện tại thì hầu như mọi nhu cầu của bạn đều có thể đáp ứng được đã gặp”
Musk hình dung ra một tương lai nơi nhân loại sẽ đạt đến "sự phong phú đáng kinh ngạc"
Đe dọa TSMC? Các nhà phân tích cho biết nó vẫn phải đối mặt với rất nhiều vấn đề như tỷ suất lợi nhuận
Sự xuất hiện của dự án Terafab đã thu hút sự chú ý lớn trong ngành bán dẫn, thậm chí còn làm dấy lên lo ngại rằng gã khổng lồ ngành đúc TSMC có thể đang chịu áp lực.
Tuy nhiên, các nhà phân tích tin rằng kế hoạch này có thể gặp phải những trở ngại lớn về mặt kỹ thuật, tài chính và cấu trúc.
Xây dựng nhà máy từ đầu được nhiều người coi là một trong những dự án thách thức nhất trong ngành công nghiệp hiện đại. Các nhà phân tích của Morgan Stanley mô tả nỗ lực này là một "nhiệm vụ nặng nề", lưu ý rằng một dự án như vậy có thể tiêu tốn hơn 20 tỷ USD và mất nhiều năm để hoàn thành.
Ngành công nghiệp bán dẫn có tính chuyên môn hóa cao và có ranh giới rõ ràng giữa các công ty thiết kế tuyệt vời như NVIDIA và các xưởng đúc chuyên nghiệp. Musk đề xuất tích hợp công nghệ logic, lưu trữ và đóng gói tiên tiến, đi ngược lại xu hướng chuyên môn hóa ngành đã phát triển trong nhiều thập kỷ.
Sản xuất chip không chỉ đòi hỏi vốn mà còn cả công nghệ xử lý sâu được tích lũy qua nhiều năm sản xuất quy mô lớn.
Một số người trong ngành cho rằng việc gia nhập ngành bán dẫn bắt đầu từ quy trình tiên tiến 2 nanomet là vô cùng khó khăn. Xây dựng một nhà máy thậm chí không phải là thách thức lớn nhất. Kiểm soát lợi nhuận là vấn đề cuối cùng mà Musk sẽ phải đối mặt. Năng suất phụ thuộc vào nhu cầu ổn định và sự lặp lại liên tục, và ngay cả các công ty trưởng thành cũng gặp khó khăn trong việc duy trì mức năng suất cực cao.
Ngoài ra, Terafab còn phải đối mặt với nhiều vấn đề về cấu trúc. Ví dụ, về việc cung cấp thiết bị, một số phương tiện truyền thông nước ngoài đã chỉ ra rằng các hệ thống in thạch bản cực tím tiên tiến phụ thuộc vào một số nhà cung cấp, với chu kỳ giao hàng dài và chi phí mua sắm cao. Tài năng cũng là một trở ngại lớn. Hoa Kỳ vẫn tụt hậu so với châu Á về nguồn nhân tài kỹ thuật bán dẫn, kinh nghiệm xây dựng nhà máy và mức độ trưởng thành của chuỗi cung ứng.
Tuy nhiên, một số nhà phân tích cho rằng nếu Musk tập trung vào đóng gói và tích hợp chuỗi cung ứng, đồng thời hợp tác với Samsung, Intel, v.v., thì về lâu dài vẫn có thể viết lại mô hình ngành công nghiệp chip toàn cầu.