Thiếu nước gây cản trở cho việc sản xuất chip của các nhà máy toàn cầu

Nắng nóng gay gắt trên khắp thế giới trong mùa hè năm 2023 đang là vấn đề “đau đầu” đối với các công ty bán dẫn vốn cần lượng nước ngọt khổng lồ để đáp ứng nhu cầu sản xuất chip ngày càng tăng.

Năm ngoái, TSMC cho biết họ sẽ tăng gấp 3 lần khoản đầu tư vào bang Arizona (Mỹ) lên 40 tỷ USD. Theo Chính phủ Mỹ, với khoản đầu tư mới, TSMC dự kiến ​​xây thêm một nhà máy chế tạo chip ở bang này vào năm 2024.

Năm 2022, Arizona là bang xuất khẩu chất bán dẫn lớn thứ tư, theo dữ liệu chính thức. Tuy nhiên, đây lại là khu vực dễ gặp hạn hán tại Mỹ. Vào thời điểm TSMC công bố khoản đầu tư vào Arizona, bang phía Tây Nam này cũng đang trải qua một trận “đại hạn hán”. Tình trạng này khiến hai hồ chứa lớn nhất của khu vực cạn kiệt đến mức thấp kỷ lục. Nông dân ở các vùng của Arizona buộc phải cắt giảm lượng nước mà họ có thể sử dụng để tưới tiêu.

Tại Đài Loan, tình trạng thiếu nước cũng khắc nghiệt khi trải qua hạn hán nghiêm trọng đầu năm nay. Hồ chứa Tsengwen lớn nhất Đài Loan chỉ được lấp đầy 11% công suất hiệu dụng tính đến ngày 17/3, còn hồ chứa Nanhua, nơi cung cấp nước cho các trung tâm sản xuất ở Đài Nam và Cao Hùng, chỉ ở mức 41%.

Theo giới chuyên gia, nguy cơ khan hiếm nước là lời cảnh tỉnh mới nhất đối với các công ty bán dẫn và chuỗi cung ứng do hiện tượng nóng lên toàn cầu gây ra. "Nhà đầu tư nên đánh giá tác động lâu dài của nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu, đặc biệt khi hoạt động sản xuất tập trung ở những khu vực căng thẳng về nước như Đài Loan", Ngân hàng Morgan Stanley ra cảnh báo ngày 27/8.

Các công ty sản xuất chip ít đề cập nhiều đến mối đe dọa khan hiếm nước mà họ đang đối mặt. Trong báo cáo thường niên năm 2022, TSMC yêu cầu các nhà cung cấp đánh giá rủi ro hạn hán và thực hiện biện pháp ứng phó. Nvidia gần đây cảnh báo các hoạt động sản xuất có thể bị tổn hại nếu gặp thảm họa thiên nhiên, trong đó có tình trạng thiếu nước. Micron, một trong những công ty thống trị thị trường chip nhớ DRAM, nói đã phát hành một tỷ USD bằng trái phiếu để chi trả các khoản đầu tư về quản lý nước và sáng kiến môi trường.

Các nhà máy sản xuất chip (fab) hiện cần nguồn nước khổng lồ cho hoạt động, chủ yếu để làm sạch tấm wafer ở các giai đoạn trong quá trình sản xuất. Chẳng hạn, một nhà máy Intel ở Chandler thuộc bang Arizona dùng hơn 40 triệu lít nước mỗi ngày. Với việc mở rộng nhà máy trong tương lai, con số này sẽ tăng lên đáng kể.

Một số công ty cố gắng tái chế nước sử dụng trong sản xuất chip. Intel tuyên bố "không tiêu thụ nước", tức họ trả lại hệ sinh thái nhiều nước sạch hơn sau khi đã dùng cho sản xuất. TSMC cũng cho biết, muốn giảm 30% lượng nước tiêu thụ và đang nghiên cứu vấn đề này, dù không đề cập chi tiết kế hoạch.

Paul Westerhoff, Giáo sư tại Đại học bang Arizona, nói: “Mọi người không nhận ra rằng việc tái chế nước, xây dựng các cơ sở xử lý nước tại chỗ và mục tiêu trung hoà nước sạch đang được sử dụng rộng rãi trong một số ngành công nghiệp, bao gồm cả bán dẫn”.

Nhưng vấn đề về nguồn nước có thể trở nên tồi tệ hơn do sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo, Morgan Stanley cho biết. Theo ngân hàng này, sự phát triển nhanh chóng của AI có thể sẽ làm tăng nhu cầu về nước hơn nữa, bởi các công ty bán dẫn và trung tâm dữ liệu đều cần nhiều nước.

Các nhà phân tích trích dẫn nghiên cứu năm 2023 cho thấy, trong thời gian đào tạo ChatGPT-3, các trung tâm dữ liệu của Microsoft tại Mỹ đã tiêu thụ trực tiếp 700,000 lít nước sạch, đủ để sản xuất 370 ô tô BMW hoặc 320 xe điện Tesla.

Trong một động thái khác, TSMC - nhà sản xuất chip hợp đồng lớn nhất thế giới cho biết, sẽ mất khoảng 18 tháng để giải quyết những hạn chế về nguồn cung chip dành cho công nghệ Trí tuệ nhân tạo (AI), giữa lúc các công ty tiếp tục tìm kiếm các bộ xử lý tiên tiến cần thiết để phục vụ các ứng dụng như ChatGPT. Phát biểu này được Chủ tịch TSMC Mark Liu đưa ra bên lề Hội chợ Công nghiệp ngành Chất Bán dẫn SEMICON được tổ chức tại vùng lãnh thổ Đài Loan (Trung Quốc) từ ngày 6-8/9.

Theo ông, tình trạng thiếu hụt nguồn cung chip AI chỉ là “tạm thời” và có thể giảm bớt vào cuối năm 2024.

Ông Liu giải thích rằng, tình trạng này không phải do thiếu chip vật lý mà là do năng lực hạn chế trong kỹ thuật “đóng gói” chip tiên tiến COWOS của công ty, một bước quan trọng trong quy trình sản xuất chip.

Chủ tịch TSMC cho biết, nhu cầu về COWOS đã tăng “đột ngột” lên gấp ba lần chỉ trong một năm và tình trạng thiếu chip AI sẽ cải thiện khi công ty mở rộng công suất.

COWOS là một kỹ thuật đóng gói chip tiên tiến được TSMC phát triển để kết nối các loại chip khác nhau. Quá trình này kết hợp một bộ xử lý đồ họa (GPU) với sáu chip nhớ băng thông cao, cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao và hiệu suất tổng thể cần thiết để đào tạo các mô hình ngôn ngữ lớn được sử dụng trong AI. 

Theo ông Liu, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với các sản phẩm AI, ngành công nghiệp bán dẫn nên chấp nhận sự thay đổi về hình thức kết nối, đóng gói và xếp chồng chip.

Minh Phương (T/h)