"Không có sự hồi sinh của bán dẫn thì sẽ không có tương lai cho Nhật Bản", đó là khẳng định của ông Mitsunobu Koshiba, Chủ tịch Ủy ban An ninh Kinh tế của Hiệp hội Doanh nghiệp Nhật Bản Keizai Doyukai và cựu Chủ tịch JSR (tên cũ là Japan Synthetic Rubber). Trong cuốn sách "Tương lai của bán dẫn 2040" (Toyo Keizai Shinposha), ông nhận định rằng "cơ hội ngàn năm có một để bù đắp sự chậm trễ đã đến". Chúng tôi đã hỏi ông về những gì đang xảy ra trong ngành bán dẫn.
Một sự chuyển đổi mô hình trong chính trị và kinh tế thế giới đang diễn ra. Ray Dalio, nhà quản lý quỹ phòng hộ nổi tiếng với cuốn sách "Nguyên tắc đối phó với sự thay đổi của trật tự thế giới" (Nikkei Publishing), đã nói rằng quyền bá chủ của một quốc gia được quyết định bởi công nghệ. Hà Lan vào thế kỷ 18 có công nghệ đóng tàu, Anh vào thế kỷ 19 có cách mạng năng lượng, và Mỹ vào thế kỷ 20 có sức mạnh quân sự.
Mặt khác, trật tự xã hội, dù khởi đầu mang lại hòa bình, nhưng sau các chu kỳ hình thành và sụp đổ bong bóng, suy thoái kinh tế và xung đột (chiến tranh), một trật tự mới sẽ ra đời. Chu kỳ này được xác định kéo dài khoảng 80 năm.
Tương tự, nhà tương lai học George Friedman, tác giả của cuốn "Dự báo 100 năm" (Hayakawa Shobo), chỉ ra rằng có những chu kỳ thay đổi theo nhịp 50 năm và 80 năm. Chu kỳ 50 năm được gọi là "chu kỳ kinh tế xã hội", và giống như Dalio, ông cho rằng công nghệ dẫn dắt sự thay đổi.
Friedman lưu ý rằng xã hội và kinh tế Hoa Kỳ có một nhịp điệu nhất định, trải qua một cuộc khủng hoảng lớn đầy lo lắng và đau đớn cứ khoảng 50 năm một lần. Tại Hoa Kỳ, bắt đầu với "Chu kỳ Washington" (1783-1828) mang tên vị tổng thống đầu tiên, nước này đã trải qua 5 chu kỳ cho đến nay.
Trong số đó, "Chu kỳ Roosevelt" thứ 4 (1932-1980) được dẫn dắt bởi công nghệ ô tô, nhưng vào giai đoạn cuối, chiến tranh Việt Nam và lạm phát đình trệ sau cú sốc dầu mỏ đã xảy ra. "Chu kỳ Reagan" thứ 5 (1980 đến khoảng năm 2030) được dẫn dắt bởi chất bán dẫn, Internet và AI, nhưng những tranh luận về sự suy thoái của Hoa Kỳ đang nổi lên, bao gồm tình trạng hỗn loạn xã hội và sự mệt mỏi về thể chế.
Chu kỳ 80 năm được gọi là "chu kỳ thể chế". Chu kỳ thứ nhất là từ khi Hiến pháp Hoa Kỳ được ban hành cho đến khi Nội chiến kết thúc (1787-1865). Chu kỳ thứ hai là cho đến khi Chiến tranh thế giới thứ hai kết thúc (1865-1945). Chu kỳ thứ ba là cho đến hiện tại, tức là 80 năm sau chiến tranh. Cả "chu kỳ kinh tế xã hội" và "chu kỳ thể chế" này đang sắp kết thúc gần như đồng thời.
Vậy, công nghệ nào sẽ dẫn dắt chu kỳ thứ 6? Đó chính là "AI", "Công nghệ sinh học" và "Công nghệ lượng tử". Nền tảng hỗ trợ ba công nghệ này chính là chất bán dẫn. Khả năng tính toán (computation technology) của bán dẫn tiên tiến sẽ quyết định sự thành công hay thất bại của các công nghệ này.
Trong ngành bán dẫn, cấu trúc transistor đang đứng trước một bước ngoặt lớn. Các chất bán dẫn trước đây đã tiến hành thu nhỏ theo "cấu trúc phẳng (planar)" để đạt được "Định luật Moore" – hiệu suất tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. Tuy nhiên, khi cấu trúc phẳng này dần đạt đến giới hạn thu nhỏ, ngành đã tiến hóa lên "cấu trúc FinFET" ba chiều vào những năm 2010 để duy trì Định luật Moore.
Thế nhưng, khi quá trình thu nhỏ tiến triển, hiệu suất của cấu trúc FinFET cũng bắt đầu cho thấy những hạn chế, và giờ đây, một cấu trúc hoàn toàn mới mang tên "GAA (Gate-All-Around)" sắp ra đời. GAA đòi hỏi công nghệ phức tạp hơn nhiều so với FinFET, và IBM chính là đơn vị đã thử nghiệm thành công nguyên mẫu "GAA 2 nanometer (1 nanometer bằng một phần tỷ mét)" này.
Đối với "quá trình tiền xử lý" như vậy, "quá trình hậu xử lý" cũng đang chứng kiến những đổi mới công nghệ. Đó là các kỹ thuật như "tích hợp chiplet", kết hợp bán dẫn tiên tiến nhất với bán dẫn thế hệ cũ thông qua "tích hợp chip khác loại (heterogeneous integration)", và công nghệ được gọi là "đóng gói 2.5D/3D".
Trên thực tế, việc sản xuất hàng loạt các công nghệ GAA và đóng gói 3D vẫn chưa được triển khai rộng rãi. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất cũ và mới đều đang đứng trên cùng một vạch xuất phát. Chính vì vậy, "nhảy cóc" (leapfrog) bởi các bên đến sau cũng trở nên khả thi. Do đó, các "người thách thức" (như Nhật Bản) không thể không tận dụng sự thay đổi này. Điều đó được thể hiện một cách mang tính biểu tượng trong bán dẫn 2 nanometer hiện nay.