Ngành công nghiệp bán dẫn đang có nhu cầu gia tăng về công nghệ liên quan đến AI, theo được báo cáo bởi Counterpoint Research. Xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục trong suốt cả năm, làm nổi bật tầm quan trọng ngày càng tăng của AI trong việc thúc đẩy tăng trưởng của ngành.
Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây lớn, bao gồm AWS, Google, Meta và Microsoft, đang lên kế hoạch mở rộng cơ sở hạ tầng AI của họ , với tổng chi phí vốn dự kiến đạt 170 tỷ USD vào năm 2024. Khoản đầu tư tăng vọt này đang thúc đẩy nhu cầu về bộ xử lý AI và gây áp lực lên năng lực sản xuất, đặc biệt là tại TSMC, công ty đang phải vật lộn để theo kịp nhu cầu về Công nghệ CoWoS. CoWoS hay Chip-on-Wafer-on-Substrate là một công nghệ đóng gói bán dẫn tiên tiến được thiết kế để cải thiện hiệu suất và hiệu suất của bộ xử lý AI và điện toán hiệu năng cao (HPC) và AI.
Kích thước lớn hơn của bộ chuyển đổi cần thiết cho bộ xử lý AI và HPC mới nhất của Nvidia và AMD có nghĩa là có thể thu được ít bộ chuyển đổi hơn từ mỗi tấm wafer 300 mm, khiến năng lực sản xuất CoWoS bị căng thẳng. Ngoài ra, số lượng ngăn xếp HBM được tích hợp xung quanh GPU ngày càng tăng, làm tăng thêm thách thức trong sản xuất.
Ngăn xếp HBM hay ngăn xếp Bộ nhớ băng thông cao là một loại công nghệ bộ nhớ tiên tiến được thiết kế để cung cấp băng thông cao hơn đáng kể so với các giải pháp bộ nhớ truyền thống. Công nghệ HBM được sử dụng trong điện toán hiệu năng cao (HPC), trí tuệ nhân tạo (AI), bộ xử lý đồ họa (GPU) và các ứng dụng sử dụng nhiều dữ liệu khác.
Khi khu vực bộ chuyển đổi tăng lên, khả năng đáp ứng Nhu cầu GPU giảm dần, dẫn đến sự thiếu hụt dai dẳng về năng lực sản xuất CoWoS của TSMC.
AI Spurs Chất bán dẫn Tăng trưởng
Các công ty đúc đã báo cáo doanh thu tăng 12% so với cùng kỳ năm ngoái trong quý đầu tiên của năm 2024. Tuy nhiên, mức tăng trưởng này đã bị hạn chế do mức giảm 5% so với quý trước. Counterpoint Research cho rằng hiệu suất hỗn hợp này là do nhu cầu về chất bán dẫn không phải AI phục hồi chậm, điều này ảnh hưởng đến các lĩnh vực như điện thoại thông minh, điện tử tiêu dùng, IoT, ô tô và ứng dụng công nghiệp.
Điều chỉnh chiến lược của TSMC
TSMC đã điều chỉnh dự báo tăng trưởng của ngành bán dẫn logic lên 10% trong thời gian còn lại của năm. Bất chấp quan điểm thận trọng này, TSMC dự đoán doanh thu từ các sản phẩm AI của trung tâm dữ liệu, đặc biệt là GPU, sẽ tăng hơn gấp đôi. Công ty đang phải vật lộn với nhu cầu cao và không kỳ vọng đáp ứng được nhu cầu sản xuất, ngay cả khi có kế hoạch tăng gấp đôi công suất của quy trình đóng gói nhiều chip Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS).
So với cùng kỳ năm ngoái, thị phần của TSMC đã tăng từ 61% lên 62%. Công ty lớn thứ hai, Samsung, chứng kiến thị phần của mình tăng từ 11% lên 13%. Tập đoàn Quốc tế Sản xuất Chất bán dẫn của Trung Quốc (SMIC) cũng có mức tăng trưởng, từ 5% lên 6%. United Microelectronics Corporation (UMC) duy trì thị phần ổn định ở mức 6%, trong khi thị phần của GlobalFoundries giảm từ 7% xuống 5%.
Samsung và SMIC: Hiệu suất và Dự báo
Doanh thu từ xưởng đúc của Samsung giảm trong Quý 1 do đến các yếu tố mùa vụ ảnh hưởng đến doanh số bán điện thoại thông minh. Mặc dù vậy, Galaxy S24 vẫn hoạt động tốt, mặc dù nhu cầu về các thiết bị tầm trung và cấp thấp vẫn còn yếu. Ở cấp độ tập đoàn, Samsung Electronics đã báo cáo mức tăng 68% so với cùng kỳ năm ngoái trong quý 1 năm 2024, chủ yếu nhờ doanh số bán bộ nhớ được thúc đẩy bởi nhu cầu AI. Công ty kỳ vọng doanh thu từ lĩnh vực đúc sẽ phục hồi trong quý 2, dự báo mức tăng trưởng hai con số.
SMIC đã vượt quá mong đợi của thị trường, lần đầu tiên giành được vị trí thứ ba trong số các công ty đúc hàng đầu. Sự tăng trưởng này là do sự phục hồi ở thị trường Trung Quốc, với kỳ vọng sẽ tiếp tục tăng trưởng trong Quý 2 khi việc bổ sung hàng tồn kho mở rộng. Counterpoint dự đoán sự tăng trưởng ở lứa tuổi thanh thiếu niên đối với SMIC trong suốt cả năm.
Tác động của Nvidia đối với hoạt động sản xuất
Bộ xử lý dòng Blackwell mới nhất của Nvidia (GB200, B100, B200) dự kiến sẽ làm trầm trọng thêm vấn đề này bằng cách tiêu thụ nhiều dung lượng CoWoS hơn nữa. TSMC đặt mục tiêu tăng sản lượng hàng tháng lên 40.000 chiếc vào cuối năm 2024, một mức tăng đáng kể so với năm trước.
Việc sản xuất ngăn xếp HBM ngày càng trở nên phức tạp vì cần nhiều lớp EUV hơn để xây dựng bộ nhớ HBM nhanh hơn.
SK Hynix, nhà sản xuất HBM hàng đầu, đã sử dụng một lớp EUV duy nhất cho công nghệ xử lý 1α của mình nhưng đang chuyển sang số lớp nhiều hơn từ ba đến bốn lần với quy trình chế tạo 1β của nó. Điều này có thể cắt giảm thời gian chu kỳ nhưng rõ ràng sẽ làm tăng chi phí của bộ nhớ HBM3E mới.
Triển vọng và đổi mới trong tương lai
Mỗi thế hệ HBM mới đều mang lại sự gia tăng về số lượng thiết bị DRAM. Trong khi HBM2 xếp chồng từ 4 đến 8 DRAM thì HBM3/3E tăng con số này lên 8 hoặc thậm chí 12 thiết bị và HBM4 sẽ đẩy con số này lên 16, điều này sẽ lại làm tăng độ phức tạp của các mô-đun bộ nhớ HBM.
Đáp lại trước những thách thức này, các doanh nghiệp trong ngành đang tìm kiếm các giải pháp thay thế. Ví dụ, Intel đang phát triển các chất nền thủy tinh hình chữ nhật để thay thế các tấm wafer 300 mm truyền thống. Tuy nhiên, cách tiếp cận này sẽ cần nghiên cứu, phát triển và thời gian đáng kể trước khi có thể trở thành một giải pháp thay thế khả thi, điều này cho thấy cuộc đấu tranh đang diễn ra nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng hiện nay về sản xuất bộ xử lý AI.
