Ngành công nghiệp bán dẫn (semiconductor industry) được coi là “trái tim” của nền kinh tế số hiện đại, đóng vai trò trung tâm trong các lĩnh vực từ điện thoại thông minh, máy tính, ô tô điện, cho tới trí tuệ nhân tạo (AI), 5G, điện toán đám mây và quốc phòng. Để duy trì lợi thế cạnh tranh và bắt kịp tốc độ đổi mới công nghệ, nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực bán dẫn trở thành nhân tố cốt lõi quyết định sự thành công của các doanh nghiệp và quốc gia.
Trong hai thập kỷ qua, đầu tư R&D toàn cầu trong ngành bán dẫn đã không ngừng tăng trưởng, phản ánh sự cạnh tranh gay gắt giữa các tập đoàn công nghệ lớn và chiến lược quốc gia về an ninh công nghệ. Tuy nhiên, xu hướng này cũng đi kèm với nhiều thách thức như chi phí ngày càng cao, phụ thuộc vào chuỗi cung ứng phức tạp và rào cản công nghệ.
Bài viết này phân tích hiện trạng đầu tư R&D bán dẫn toàn cầu, động lực thúc đẩy, những thách thức và triển vọng trong tương lai.
Tổng quan đầu tư R&D trong ngành bán dẫn
Quy mô và xu hướng toàn cầu
Theo số liệu của World Semiconductor Trade Statistics (WSTS), doanh thu toàn ngành bán dẫn năm 2024 đạt khoảng 520 tỷ USD, trong đó chi phí dành cho R&D chiếm trung bình 15–20% doanh thu của các công ty lớn. Điều này cho thấy bán dẫn là một trong những ngành có tỷ lệ tái đầu tư R&D cao nhất thế giới.
Các tập đoàn dẫn đầu như Intel, TSMC, Samsung, Qualcomm, NVIDIA mỗi năm đều chi hàng chục tỷ USD cho hoạt động R&D. Ví dụ, năm 2023:
- Intel chi hơn 15 tỷ USD cho R&D, tập trung vào kiến trúc chip mới và tiến trình 3nm.
- TSMC đầu tư khoảng 5,5 tỷ USD cho R&D, chủ yếu vào công nghệ in thạch bản EUV (Extreme Ultraviolet Lithography).
- Samsung Electronics dành hơn 20 tỷ USD cho cả R&D bán dẫn và màn hình, trong đó phần lớn tập trung vào DRAM và NAND.
Xu hướng nổi bật là tăng cường hợp tác công – tư và các quỹ hỗ trợ quốc gia nhằm giảm rủi ro và tăng khả năng cạnh tranh.
Các lĩnh vực R&D chính
Hoạt động nghiên cứu trong ngành bán dẫn tập trung vào một số trục công nghệ then chốt:
- Thu nhỏ kích thước transistor: tiến tới dưới 2nm.
- Vật liệu mới: GaN (Gallium Nitride), SiC (Silicon Carbide) cho công nghệ công suất.
- Chiplet và kiến trúc 3D: thay thế cách tích hợp truyền thống để tối ưu hiệu suất.
- AI-optimized chips: GPU, TPU, NPU phục vụ trí tuệ nhân tạo.
- Quy trình sản xuất xanh: giảm tiêu hao năng lượng và khí thải carbon.
Động lực thúc đẩy đầu tư R&D bán dẫn toàn cầu
Nhu cầu tăng trưởng của các ngành công nghệ
Sự bùng nổ của AI, IoT, 5G và xe điện đã tạo ra nhu cầu khổng lồ về chip hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng và đa chức năng. Ví dụ, một chiếc xe điện hiện đại có thể sử dụng hơn 3.000 chip bán dẫn, gấp nhiều lần so với xe truyền thống.
Cạnh tranh địa chính trị
Các quốc gia xem bán dẫn như tài sản chiến lược. Mỹ, EU, Trung Quốc, Hàn Quốc và Nhật Bản đều tung ra các gói hỗ trợ hàng chục tỷ USD để thúc đẩy R&D và sản xuất trong nước.
- Mỹ ban hành Đạo luật CHIPS and Science Act (2022) với gói hỗ trợ 52 tỷ USD.
- EU triển khai European Chips Act (2023) nhằm đạt 20% thị phần sản xuất chip toàn cầu vào năm 2030.
- Trung Quốc đầu tư mạnh vào SMIC, Huawei và các viện nghiên cứu bán dẫn, với tham vọng tự chủ công nghệ.
Chu kỳ đổi mới công nghệ
Luật Moore – xu hướng nhân đôi số transistor sau 18–24 tháng – dù chậm lại, vẫn là áp lực buộc các công ty phải liên tục đổi mới. Nếu không đầu tư R&D, doanh nghiệp sẽ nhanh chóng tụt hậu trước các đối thủ.
Tính kinh tế và giá trị gia tăng
Chip bán dẫn có biên lợi nhuận rất cao khi nắm trong tay công nghệ tiên tiến. Ví dụ, chip 3nm của TSMC có giá gia công cao gấp nhiều lần so với chip 28nm, đem lại lợi nhuận vượt trội. Vì thế, đầu tư R&D không chỉ là chi phí mà còn là chiến lược sinh lời dài hạn.
Thách thức trong đầu tư R&D bán dẫn
Chi phí ngày càng khổng lồ
Việc nghiên cứu công nghệ 2nm hoặc EUV lithography đòi hỏi hàng chục tỷ USD cho cơ sở hạ tầng và thiết bị. Một máy in thạch bản EUV của ASML có giá trên 150 triệu USD, và một nhà máy tiên tiến có thể ngốn tới 20–30 tỷ USD. Điều này khiến chỉ một số ít “ông lớn” đủ khả năng đầu tư.
Chuỗi cung ứng phức tạp
Ngành bán dẫn phụ thuộc vào chuỗi cung ứng toàn cầu: thiết bị quang khắc từ Hà Lan (ASML), khí hiếm từ Ukraine, hóa chất từ Nhật Bản, đóng gói từ Malaysia… Bất kỳ gián đoạn nào cũng ảnh hưởng trực tiếp đến R&D và sản xuất.
Hạn chế nhân lực chất lượng cao
Các kỹ sư bán dẫn, đặc biệt trong thiết kế và vật liệu, rất khan hiếm. Theo báo cáo của Deloitte, đến năm 2030 thế giới có thể thiếu hơn 1 triệu lao động chất lượng cao trong ngành bán dẫn, cản trở tốc độ R&D.
Rủi ro công nghệ và sở hữu trí tuệ
Đầu tư R&D luôn tiềm ẩn rủi ro thất bại, chưa kể đến vấn đề tranh chấp bản quyền sáng chế giữa các tập đoàn. Những vụ kiện tụng giữa Qualcomm – Apple hay ARM – NVIDIA cho thấy sở hữu trí tuệ là “mặt trận nóng” trong ngành.
Các chiến lược đầu tư R&D nổi bật
Hợp tác công – tư
Mỹ, EU và Nhật Bản đang triển khai nhiều trung tâm nghiên cứu bán dẫn quốc gia phối hợp với doanh nghiệp và viện nghiên cứu. Điều này giúp chia sẻ chi phí khổng lồ và giảm rủi ro.
Liên minh doanh nghiệp
Các tập đoàn lớn thường hợp tác trong từng mảng chuyên biệt. Ví dụ: TSMC hợp tác với Apple, AMD để phát triển chip 3nm; Samsung liên minh với ARM để nghiên cứu kiến trúc chip di động.
Tập trung vào công nghệ lõi
Các công ty lựa chọn những lĩnh vực trọng tâm thay vì trải rộng. NVIDIA tập trung GPU cho AI, Qualcomm tập trung modem 5G, còn TSMC dồn lực vào gia công tiên tiến.
Đầu tư vào AI và tự động hóa
AI đang được ứng dụng ngay trong quá trình R&D bán dẫn: tối ưu hóa thiết kế mạch, dự đoán lỗi sản xuất, giảm thời gian thử nghiệm. Điều này giúp tiết kiệm hàng tỷ USD chi phí nghiên cứu.
Triển vọng tương lai của R&D bán dẫn
Công nghệ dưới 2nm
Dự kiến từ năm 2025–2027, các hãng như TSMC, Intel, Samsung sẽ thương mại hóa chip 2nm, mở ra kỷ nguyên mới của điện toán hiệu suất cao.
Vật liệu và kiến trúc mới
Các vật liệu như graphene, carbon nanotube có thể thay thế silicon trong dài hạn. Bên cạnh đó, máy tính lượng tử và neuromorphic computing cũng hứa hẹn định hình lại R&D bán dẫn.
Toàn cầu hóa song song với tự chủ
Dù chuỗi cung ứng vẫn mang tính toàn cầu, xu hướng tự chủ công nghệ của từng quốc gia sẽ làm tăng sự phân mảnh. Điều này có thể dẫn đến cạnh tranh kép: vừa hợp tác quốc tế, vừa đối đầu chiến lược.
Tăng trưởng nhờ AI và ô tô điện
AI và ô tô điện sẽ là động lực chính của R&D bán dẫn trong 10 năm tới. Dự báo, đến 2035, thị trường chip ô tô đạt hơn 250 tỷ USD, chiếm gần 1/4 doanh thu toàn ngành.
Đầu tư vào R&D bán dẫn toàn cầu đang là cuộc đua chiến lược giữa các tập đoàn và quốc gia. Với chi phí khổng lồ, rủi ro cao nhưng lợi ích dài hạn vượt trội, R&D trở thành “vũ khí cạnh tranh” then chốt trong kỷ nguyên công nghệ số.
Trong bối cảnh nhu cầu chip cho AI, 5G, IoT và xe điện tăng vọt, cùng với áp lực từ địa chính trị, ngành bán dẫn sẽ tiếp tục chứng kiến làn sóng đầu tư R&D mạnh mẽ trong thập kỷ tới. Các công ty thành công sẽ là những đơn vị biết cách kết hợp đầu tư quy mô lớn, hợp tác chiến lược và đổi mới công nghệ bền vững.
R&D bán dẫn không chỉ là động lực phát triển kinh tế mà còn là chìa khóa cho an ninh công nghệ toàn cầu – nơi mà mỗi bước tiến nhỏ đều có thể định hình lại trật tự cạnh tranh thế giới.