Hành trình 50 tỷ USD hỗn loạn của Samsung trên đất Mỹ: Mạo hiểm làm 2nm dù chưa làm chủ công nghệ, phải nhờ Elon Musk cứu vào phút chót

Khi Samsung công bố kế hoạch xây dựng nhà máy bán dẫn mới tại Taylor, Texas, vào năm 2021, giới công nghệ xem đây là tuyên bố quyền lực của tập đoàn Hàn Quốc trước cuộc đua giành vị thế trong chuỗi cung ứng chip toàn cầu.

Dự án được quảng bá là hạt nhân cho chiến lược "sản xuất tại Mỹ", là bệ phóng để Samsung giành lại những khách hàng từng tạo nên danh tiếng của hãng.

Thế nhưng bốn năm trôi qua, câu chuyện ở Taylor lại trở thành một minh chứng điển hình cho khoảng cách giữa tham vọng kỹ thuật và thực tế địa chính trị, giữa tầm nhìn công nghiệp và giới hạn năng lực triển khai.

Sai lầm chiến lược

Ban đầu, dự án của Samsung được công bố có trị giá 17 tỷ USD nhưng tổng chi phí dự kiến hiện đã phình to lên 50 tỷ USD, trở thành canh bạc mà ông lớn Hàn Quốc khó lòng xoay chuyển.

Trong cuộc đua bán dẫn toàn cầu, Samsung đã dần đánh mất vị thế số 2 vào tay đối thủ không đội trời chung là TSMC. Sự thất thoát các khách hàng lớn như Apple, Nvidia và Qualcomm chủ yếu do vấn đề về tỷ lệ thành phẩm (yield) không ổn định của Samsung ở các node tiên tiến. Để giành lại thị phần và làm "vui lòng" chính phủ Mỹ, Samsung đặt cược lớn vào Taylor, Texas.

Trớ trêu thay, canh bạc của Samsung lại dính phải sai lầm lớn nhất khi quyết định thay đổi chiến lược vào phút chót. Thay vì sản xuất chip 4nm đã tương đối ổn định, Samsung đã mạo hiểm nhảy thẳng lên quy trình 2nm tiên tiến nhất, một công nghệ mà họ còn chưa hoàn toàn làm chủ ngay tại quê nhà.

Quyết định quá vội vàng này nhằm mục đích đuổi kịp TSMC đã khiến chi phí đầu tư tăng vọt từ 17 tỷ USD lên 50 tỷ USD và biến dự án từ một kế hoạch khả thi thành một cơn ác mộng kỹ thuật và hậu cần trên đất Mỹ.

Sự điều chỉnh tham vọng ngay giữa quá trình triển khai đã làm đảo lộn toàn bộ thiết kế, yêu cầu máy móc mới, quy trình mới và mức độ tinh vi mà đội ngũ kỹ thuật địa phương chưa được chuẩn bị.

Chi phí đội lên, thời gian kéo dài, và nhà máy bị đẩy vào thế "vừa chạy vừa học" trong khi đối thủ TSMC lại giữ triết lý chỉ mang sang Mỹ những thứ đã được tối ưu tới từng bước nhỏ nhất. Họ hoàn thiện quy trình 2nm tại Đài Loan, có Apple là khách hàng "mỏ neo" để tối ưu hóa tỷ lệ thành phẩm (yield) lên 90% rồi mới mang quy trình đã chín muồi sang Mỹ.

Sự thay đổi định hướng cũng khiến Samsung mất lợi thế chiến lược ban đầu: thay vì nhanh chóng tạo ra sản phẩm thương mại và chứng minh năng lực sản xuất, họ lại rơi vào vòng xoáy kỹ thuật chưa được kiểm chứng, trong khi khách hàng thì đòi hỏi sự ổn định tuyệt đối. Nhà máy Taylor dần mang dáng dấp của một dự án bị gián đoạn bởi các quyết định thiếu nhất quán.

Tệ hơn, việc thiếu một khách hàng lớn và ổn định để chạy thử nghiệm liên tục khiến nhà máy Taylor dù đã xây xong phần vỏ vẫn khó có thể vận hành hiệu quả.

Trong khi TSMC mang sang Arizona một đội ngũ dày kinh nghiệm, được đào tạo hàng chục năm trong quy trình chuẩn hóa tuyệt đối, thì Samsung đối mặt với một lực lượng lao động Mỹ chưa quen với nhịp độ và chuẩn mực cực đoan của ngành bán dẫn tiên tiến.

Ở những tiến trình siêu nhỏ như 2nm, bất kỳ sai lệch nhỏ nào cũng có thể làm giảm tỷ lệ thành phẩm. Không có dữ liệu thử nghiệm đủ lớn, Samsung rơi vào vòng lặp tốn kém: máy móc lắp vào nhưng không thể chạy hết công suất, dây chuyền vận hành cầm chừng, đội ngũ kỹ sư không tích lũy được tốc độ cải thiện như ở các nhà máy tại Hàn Quốc.

Chống chọi với thiên nhiên

Bên cạnh quyết định chiến lược sai lầm, Samsung còn gặp khó về điều kiện địa lý.

Lĩnh vực sản xuất chip đòi hỏi một chuỗi điều kiện lý tưởng hiếm đến mức khó tái lập ở bất kỳ nơi nào ngoài các trung tâm bán dẫn truyền thống. Taylor, Texas không phải ngoại lệ.

Nền đất caliche khô cứng nhưng kém ổn định, buộc Samsung phải xây nền móng đặc biệt để đặt các máy quang khắc EUV vốn nhạy đến từng rung động nguyên tử. Để máy quang khắc EUV hoạt động với độ chính xác nanomet, nhà máy phải triệt tiêu mọi rung động.

Tuy nhiên, đất nền "Caliche" không ổn định tại đây buộc Samsung phải khoan sâu hơn 35m và đổ hàng trăm nghìn mét khối bê tông để tạo ra một "móng nổi" khổng lồ, tách biệt hoàn toàn với mặt đất.

Thế rồi hạ tầng điện của Texas, vốn nhiều lần gây tranh cãi vì thiếu ổn định, khiến Samsung phải tự xây hệ thống điện kép để tránh bất kỳ sự bất ổn điện năng nào có thể làm hỏng cả lô bán dẫn trị giá hàng triệu USD.

Ngoài ra, yêu cầu về nước siêu tinh khiết, không khí siêu sạch và chuỗi cung ứng hóa chất đặc thù cũng tạo ra chi phí khổng lồ mà một trung tâm công nghiệp mới chưa thể đáp ứng.

Nhà máy của Samsung đòi hỏi 15 triệu gallon nước mỗi ngày, buộc họ phải xây dựng nhà máy tái chế nước riêng, đối phó với cả khí hậu ẩm ướt và tạp chất công nghiệp phức tạp.

Khí hậu Texas ẩm ướt và nhiều tạp chất công nghiệp buộc họ phải thiết lập hệ thống lọc khí cực đoan để kiểm soát "điểm sương" chính xác tuyệt đối. Ngoài ra, do chuỗi cung ứng nội địa yếu kém, họ vẫn phải nhập khẩu hóa chất và tấm wafer từ Hàn Quốc và Nhật Bản với chi phí rất cao.

Dù sở hữu nguồn lực tài chính mạnh, Samsung vẫn nhận ra rằng đầu tư không thể thay thế kinh nghiệm. Các công xưởng mới xây thiếu sự liền mạch về kỹ thuật và văn hóa sản xuất, từ nhân lực, chuyên gia, đến chuỗi nhà cung ứng.

Những chi tiết tưởng chừng nhỏ nhặt, độ ẩm trong không khí, độ sạch trong từng mét vuông phòng sạch, độ ổn định của khí nén, tất cả trở thành những biến số cản trở tiến độ.

Phao cứu sinh Elon Musk

Giữa lúc dự án gần như bế tắc, một cơ hội đã xuất hiện dưới hình thức một thỏa thuận sản xuất chip AI trị giá 16,5 tỷ USD với Tesla của Elon Musk , kéo dài đến năm 2033.

Tesla đặt hàng Samsung sản xuất chip AI6 thế hệ mới (dự kiến 2028) cho hệ sinh thái xe tự lái và robot Optimus. Đây là một cơ hội vàng và có lẽ là duy nhất để Samsung khởi động lại nhà máy, đồng thời thu hồi vốn.

Nguyên nhân của bản hợp đồng là do Samsung cung cấp hai lợi thế cạnh tranh mà TSMC khó có thể đáp ứng: sự độc quyền (một dây chuyền sản xuất dành riêng cho phép Tesla can thiệp sâu vào kỹ thuật) và vị trí địa lý (gần trụ sở Tesla, tối ưu hóa chuỗi cung ứng).

Tuy nhiên, rủi ro vẫn còn đó. Nếu Samsung không thể giải quyết triệt để bài toán tỷ lệ lỗi (yield) ở công nghệ 2nm GAA, mối quan hệ đối tác béo bở này sẽ tan vỡ, kéo theo sự sụp đổ của toàn bộ khoản đầu tư 50 tỷ USD.

Dự án Taylor không hoàn toàn thất bại, nó đang bị mắc kẹt giữa hai thái cực: một tầm nhìn công nghiệp muốn bứt phá và một thực tế vận hành cứng rắn của ngành bán dẫn.

Samsung vẫn có thể xoay chuyển tình thế nếu giải quyết được bài toán yield và tìm được khách hàng đủ lớn để vận hành fab đúng nghĩa. Nhưng cho đến nay, Taylor trở thành biểu tượng của hành trình gian nan khi một đế chế công nghệ châu Á cố gắng tái lập thành công của mình trên đất Mỹ.

Câu chuyện của Samsung không chỉ là vấn đề kỹ thuật hay tiền bạc, mà là bài học về giới hạn của việc mở rộng ra nước ngoài trong ngành công nghiệp chính xác đến mức tuyệt đối.

Trên sân chơi mà mỗi cải tiến được đánh đổi bằng hàng tỷ USD và nhiều năm thử nghiệm, sự thiếu nhất quán chỉ cần xuất hiện trong một khoảnh khắc là đủ để làm chệch hướng một dự án hàng chục tỷ USD.

Nhà máy Taylor là một lời nhắc nhở đắt giá rằng trong ngành bán dẫn, kinh nghiệm, quy trình tối ưu và sự ổn định của chuỗi cung ứng mới là yếu tố quyết định, chứ không phải quy mô vốn.

Trong ngành bán dẫn, độ trễ nhỏ nhất cũng có thể trở thành khoảng cách hàng thế hệ. Samsung có thể vẫn vượt qua, nhưng hành trình trên đất Mỹ đã phơi bày rõ ràng những giới hạn mà ngay cả một tập đoàn hàng đầu thế giới cũng không thể che giấu.

*Nguồn: Fortune, BI