Tính đến thời điểm hiện tại, xu hướng phát triển của transistor đều dựa trên việc tăng mật độ tích hợp và cải thiện hiệu năng. Việc này được xem là cách giải quyết tốt các nhu cầu phát triển tại thời điểm đó, tuy nhiên, với các vấn đề trong thời đại mới như chi phí, công nghệ phức tạp hay rào cản vật lý đã làm cho các nhà nghiên cứu nhìn nhận lại các quy trình tối ưu. Cụ thể, một hệ thống ngày nay cần có tốc độ xử lý dữ liệu nhanh, ổn định về mặt tín hiệu, sử dụng năng lượng hiệu quả và có thể tích hợp thêm nhiều tính năng thay vì chỉ cần một con chip mạnh ở bên trong. Chính từ những vấn đề này, các nhà nghiên cứu và phát triển đã đưa ra khái niệm tích hợp dị cấu trúc (Heterogeneous integration) nhằm giải quyết những vấn đề đó.

Nhìn chung, Heterogeneous Integration là một chiến lược kết hợp nhiều loại linh kiện thành một hệ thống hoạt động như một đơn vị hoàn chỉnh. Các linh kiện này có thể khác nhau về chức năng, công nghệ sản xuất hoặc lớp vật liệu. Trong đó, các đơn vị thiết kế sẽ lựa chọn công nghệ tối ưu cho từng loại linh kiện và tích hợp chúng lại ở cấp độ mô-đun thông qua việc đóng gói tiên tiến (advanced packaging), thay vì cố gắng đưa mọi thứ vào một con chip duy nhất. Hiện nay, việc đóng gói tiên tiến đã vươn lên để trở thành một nền tảng quyết định hiệu năng, độ tin cậy hay thậm chí là khả năng triển khai của sản phẩm, bên cạnh nhiệm vụ thông thường là bảo vệ chip và kết nối ra bo mạch.

Chúng ta cùng phân tích sâu hơn về lợi ích cốt lõi của heterogeneous integration từ góc độ kỹ thuật. Đối với heterogeneous integration, nó có thể giúp hệ thống đạt được độ trễ thấp hơn, băng thông cao hơn và khả năng mở rộng theo nhu cầu tốt hơn. Không chỉ vậy, chúng còn góp phần rút ngắn khoảng cách giữa các thành phần trong hệ thống tích hợp, từ đó, cấu trúc truyền tín hiệu có thể được tối ưu theo từng mục tiêu.

Tại sao khu vực ASEAN cần chú ý đặc biệt đến xu hướng phát triển này

Hiện nay, khu vực ASEAN đang thể hiện ưu thế vượt trội trong lĩnh vực sản xuất. Một số ví dụ có thể kể đến như phát triển chuỗi cung ứng, có khả năng tốt trong việc lắp ráp và vận hành nhà máy. Tuy nhiên, khu vực này thường chỉ tập trung vào các công đoạn gần phần lắp ráp hoặc thử nghiệm theo đơn hàng để tạo ra giá trị gia tăng. ASEAN có thể chuyển dịch từ gia công sang làm chủ năng lực nếu khu vực này phát triển thêm năng lực đóng gói tiên tiến, tạo thêm giá trị và nâng cao vị thế trong chuỗi giá trị. Thực chất, ASEAN không chỉ phù hợp với advanced packaging về lợi thế sản xuất mà còn về chiến lược phát triển công nghiệp. Trong đó, quy trình phát triển của ASEAN có thể bắt đầu từ giai đoạn thị trường có nhu cầu cao, từ đó tích lũy kinh nghiệm kiểm soát chất lượng và độ tin cậy, rồi cuối cùng tập trung vào việc nâng cấp năng lực, tiến tới các cấu trúc đóng gói tiên tiến hơn. Bên cạnh đó, ASEAN cần đáp ứng năng lực về quy trình thiết kế, kiểm thử và quản trị chất lượng chặt chẽ đối với advanced packaging.

Advanced packaging kết hợp với heterogeneous integration sẽ tạo ra giá trị gì?

Khi chúng ta kết hợp advanced packaging và heterogeneous integration, chúng sẽ góp phần giải quyết nhiều điểm nghẽn quan trọng, từ đó giúp hệ thống đạt hiệu năng và độ tin cậy cao hơn. Một số ví dụ về sự hiệu quả này có thể kể đến như: tín hiệu và băng thông, hiệu quả quản lý nhiệt, độ tin cậy theo chu kỳ hoặc theo thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Về tín hiệu băng thông, khi hệ thống được tích hợp với thiết kế băng thông tốt, nó có thể giúp hệ thống đạt được các thông số mà kiến trúc chip yêu cầu.

Về hiệu quả quản lý nhiệt, nếu doanh nghiệp đó làm chủ được advanced packaging thì hệ thống sẽ rất ít khi gặp phải các vấn đề về trôi thông số, giảm độ tin cậy hoặc vi phạm các giới hạn trong mục tiêu thiết kế.

Về độ tin cậy theo chu kỳ, nếu một doanh nghiệp cần tạo năng lực cạnh tranh bền vững, họ cần đáp ứng các hệ thống kiểm thử và dữ liệu chất lượng cao cho advanced packaging. Điều này sẽ góp phần giảm rủi ro nứt gãy vi mô, suy giảm liên kết hoặc các lỗi liên quan đến mối nối.

Về thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, đây được xem là một lợi ích mang tính chiến lược đối với mỗi doanh nghiệp. Điều này là do mỗi doanh nghiệp có thể phối hợp từ nhiều nguồn và tích hợp theo các mô-đun đóng gói thay vì chờ để phát triển một con chip hoàn chỉnh thay thế toàn bộ kiến trúc. 

Lộ trình phát triển của ASEAN

Nhìn chung, dựa trên tất cả những cơ hội tiềm năng nêu trên, ASEAN cần có một lộ trình thực tế để biến những cơ hội này thành những kết quả cụ thể. Hai việc cần thiết mà các doanh nghiệp cần triển khai luôn là tập trung vào năng lực cốt lõi và nâng cấp năng lực thiết kế. Về năng lực cốt lõi, các doanh nghiệp cần hiểu rõ quy trình đóng gói, làm chủ được tham số công nghệ và xây dựng được năng lực kiểm soát chất lượng. Nếu doanh nghiệp kiểm soát tốt được việc này thì sẽ tạo nền tảng giúp tỷ lệ đạt chuẩn tăng, chi phí hỏng giảm và năng lực mở rộng sản lượng trở nên khả thi hơn. Đối với việc nâng cấp năng lực thiết kế và mô phỏng, các doanh nghiệp cần xây dựng được một đội ngũ liên ngành để họ chủ động đưa ra các giải pháp phù hợp với từng ứng dụng khác nhau.

Kết luận chung

Tóm lại, sự xuất hiện của heterogeneous integration đã góp phần thay đổi góc nhìn về chip và hệ thống từ xưa đến nay. Trong đó, giá trị sẽ dịch chuyển từ wafer sang mô-đun, từ việc tối ưu transistor sang tối ưu kiến trúc nếu việc heterogeneous integration được thực hiện thông qua advanced packaging. Điều này mở ra cơ hội phát triển cho toàn bộ đối tượng trên toàn cầu, đặc biệt là khu vực ASEAN. Nếu bắt kịp được xu hướng này, khu vực ASEAN sẽ không chỉ còn là nơi lắp ráp mà còn sẽ có tiềm năng phát triển thành một trung tâm đổi mới packaging, từ đó đóng góp vào sự tăng trưởng của ngành bán dẫn trong khu vực.