Khởi đầu từ con chip đơn giản, Việt Nam có thể xây dựng hệ sinh thái bán dẫn đột phá

Ông hiện là Phó trưởng khoa và Giám đốc Trung tâm Viễn thông tại Đại học Houston, sở hữu 17 bằng sáng chế Mỹ, góp phần phát triển sạc không dây, cảm biến sinh học, thiết bị y tế an toàn MRI và công nghệ chống khủng bố. Năm 2016, ông được IEEE trao giải Kỹ sư Xuất sắc. Năm 2002, ông về Việt Nam sáng lập “Talented Minds Agency”, tổ chức đào tạo, kết nối tài năng trẻ.

Trao đổi với Tinh hoa Việt, Tiến sĩ David Nghiêm, chuyên gia gốc Việt trong ngành bán dẫn tại Mỹ, cho rằng Việt Nam nên theo đuổi chiến lược “fabless quốc gia”, tập trung vào khâu thiết kế, nơi tạo giá trị cao với chi phí thấp, thay vì vội vàng đầu tư vào nhà máy sản xuất chip bán dẫn.

Chip bán dẫn: Việt Nam nên bắt đầu từ đâu?

Thưa ông, lời khuyên của ông dành cho Việt Nam trong chiến lược phát triển ngành vi mạch bán dẫn là gì?

Tiến sĩ David Nghiêm: Tôi rất mừng khi Chính phủ Việt Nam đã nhìn nhận đúng tầm vai trò chiến lược của ngành bán dẫn, “xương sống” của công nghiệp hiện đại: từ quốc phòng, y tế đến AI, xe điện, IoT.

Lời khuyên đầu tiên của tôi là: Việt Nam cần xác định đúng vị trí trong chuỗi giá trị toàn cầu. Không quốc gia nào, trừ Mỹ và Trung Quốc, có thể làm chủ toàn bộ chuỗi. Nhưng trong các khâu, thiết kế vi mạch (fabless) là nơi tạo giá trị cao nhất, đòi hỏi chất xám và sáng tạo, đúng với lợi thế của Việt Nam: lực lượng trẻ, giỏi toán và lập trình.

Thứ hai, cần đầu tư bài bản vào đào tạo và R&D. Thiết kế chip là lĩnh vực liên ngành rất phức tạp. Một kỹ sư giỏi cần 5- 7 năm đào tạo chuyên sâu. Nếu thiếu đại học mạnh, giảng viên đầu ngành, phòng lab đạt chuẩn, thì giấc mơ bán dẫn sẽ chỉ dừng ở khẩu hiệu.

Thứ ba, phải gắn phát triển với thị trường nội địa. Nếu các tập đoàn lớn trong nước như Viettel, VNPT, FPT, Vingroup, Thaco, VinFast chủ động đặt hàng chip nội địa để tích hợp vào sản phẩm, thì sẽ tạo lực kéo quan trọng thì hệ sinh thái fabless mới có cơ hội tồn tại.

Và cuối cùng, Việt Nam cần chính sách thu hút chuyên gia Việt kiều trong ngành, những người có kinh nghiệm, quan hệ quốc tế và khả năng dẫn dắt đội ngũ trong nước.

Tại phiên họp thứ hai của Ban Chỉ đạo Quốc gia về phát triển công nghiệp bán dẫn, Thủ tướng Phạm Minh Chính đặt mục tiêu đến năm 2027 phải thiết kế, chế tạo, kiểm thử một số loại chip cần thiết. Ông nhìn nhận thế nào về mục tiêu này?

- Tôi đánh giá rất cao quyết tâm và tầm nhìn của Thủ tướng. Việc đưa ra các mốc thời gian cụ thể là tín hiệu tích cực, tạo động lực cho toàn ngành. Tuy nhiên, cần hiểu rõ khái niệm “chế tạo chip” để tránh hiểu sai, dẫn đến đầu tư sai hướng.

Nếu “chế tạo” được hiểu là xây dựng nhà máy foundry sản xuất chip từ silicon thô đến thành phẩm, thì mục tiêu này khó đạt được trước 2030. Một nhà máy foundry đòi hỏi đầu tư hàng chục tỷ USD, nguồn điện ổn định hàng trăm MW, nước siêu sạch, phòng sạch cấp độ cao và đội ngũ hàng nghìn kỹ sư trình độ cao. Ngay cả Intel, TSMC cũng cần 5- 7 năm mới có thể vận hành ổn định nhà máy mới.

Nhưng nếu hiểu “chế tạo” theo nghĩa hợp lý hơn, tức là thiết kế chip tại Việt Nam, đặt hàng sản xuất tại nước ngoài, sau đó mang về đóng gói và kiểm thử trong nước, thì mục tiêu này hoàn toàn khả thi trong vòng 2- 3 năm tới. Israel, Hà Lan, Anh đều đang đi theo hướng này, và Việt Nam hoàn toàn có thể học hỏi.

Tôi đề xuất chia mục tiêu 2027 thành ba cấp độ: (1) Thiết kế các loại chip cơ bản như vi điều khiển, chip tín hiệu số, IoT… tại các trung tâm trong nước. (2) Đặt hàng gia công tại các foundry quốc tế như TSMC, Samsung Foundry... và xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng chặt chẽ. (3) Xây dựng năng lực OSAT trong nước, đóng gói, kiểm thử và tích hợp chip vào các sản phẩm “Made in Vietnam”.

Nếu làm tốt ba bước này, chúng ta sẽ có hệ sinh thái “hậu sản xuất” đủ sức đứng vững và vươn ra khu vực.

Nhiều chuyên gia cho rằng đầu tư vào chip là “đốt tiền”, yêu cầu hạ tầng cực kỳ lớn. Là người trong ngành, ông có thể chia sẻ cụ thể hơn về chi phí?

- Thực tế, đây là một trong những ngành tiêu tốn tài nguyên nhất.

Một phòng lab thiết kế chip tại đại học cần khoảng 500.000 đến 1 triệu USD để mua máy chủ mạnh, phần mềm EDA bản quyền (Cadence, Synopsys...), thiết bị kiểm thử và hệ thống bảo mật. Một trung tâm thiết kế chip quốc gia cho khoảng 200 kỹ sư cần đầu tư tối thiểu 20–30 triệu USD. Còn nhà máy foundry? Công nghệ trung bình (65nm- 28nm) cũng tiêu tốn từ 2- 5 tỷ USD. Nếu là công nghệ cao (7nm, 5nm...), chi phí có thể vượt 15- 20 tỷ USD.

Chưa kể, một nhà máy foundry tiêu thụ 100- 150 MW điện liên tục – bằng cả một thành phố nhỏ. Ngoài ra còn cần: nước siêu sạch, phòng sạch tiêu chuẩn ISO 1- 5, hệ thống xử lý hóa chất, logistics riêng và cơ sở pháp lý rất chặt chẽ. Tất cả điều đó cho thấy: Việt Nam chưa nên “lao” vào xây nhà máy quá sớm. Hãy bắt đầu từ thiết kế, nơi đầu tư ít hơn nhiều nhưng giá trị gia tăng cao gấp bội.

Đơn giản nhưng hiệu quả: từ iPhone đến thiết bị y tế

Ông được biết đến với những phát minh có tư duy “đơn giản nhưng hiệu quả cao”. Cụ thể là gì, thưa ông?

- Tôi tin rằng giải pháp tốt nhất là giải pháp đơn giản nhất có thể, nhưng vẫn hiệu quả. Trong thiết kế chip, nhiều khi chỉ cần thay đổi vị trí một đường tín hiệu là có thể giảm nhiễu, tiết kiệm năng lượng, tăng hiệu suất.

Năm 1990, tôi phát hiện rằng một số đường dẫn trong chip hoạt động như… ăng-ten không mong muốn, gây tiêu hao năng lượng. Sau khi mô phỏng và kiểm chứng, tôi đề xuất cách bố trí mới, giúp tăng hiệu suất truyền dẫn, đặc biệt quan trọng khi chip càng nhỏ, tần số càng cao.

Một ví dụ khác: tôi từng gửi email trực tiếp cho Steve Jobs để cảnh báo rằng ăng-ten vòng trên iPhone 4 gây nóng máy và hao pin. Kết quả là thiết kế iPhone 5 được thay đổi đúng theo đề xuất của tôi. Đây là ví dụ rõ nét rằng: một quan sát nhỏ, đúng lúc, đúng chỗ, có thể tạo ra thay đổi rất lớn.

Ngoài thiết kế chip cho sản phẩm tiêu dùng, ông còn có các bằng sáng chế trong lĩnh vực thiết bị y tế?

- Đúng vậy. Phần lớn sáng chế sau này của tôi tập trung vào thiết bị y tế không dây: máy trợ tim, cảm biến tiểu đường, thiết bị theo dõi sức khỏe từ xa... Tôi đặc biệt chú trọng đến khả năng tương thích với máy MRI, một vấn đề khó khăn trong y khoa hiện đại.

Trước đây, bệnh nhân cấy máy trợ tim hoặc cảm biến thường không thể chụp MRI vì sóng từ có thể làm hỏng thiết bị. Tôi đã phát triển công nghệ giúp các thiết bị này “ẩn mình” trước sóng MRI, nhờ đó bệnh nhân có thể chẩn đoán mà không cần phẫu thuật tháo thiết bị. Các thiết bị tôi thiết kế đều theo nguyên tắc: tối giản cấu trúc, tối đa hiệu quả, và tuyệt đối an toàn, vì chỉ một lỗi nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến tính mạng.

Trong bối cảnh hạ tầng công nghệ ở Việt Nam còn hạn chế, ông khuyến khích bắt đầu từ đâu?

- Hãy bắt đầu từ những thiết kế đơn giản. Có thể là vi điều khiển cho thiết bị y tế, nông nghiệp thông minh, cảm biến IoT... Những con chip này không cần công nghệ quá cao, nhưng là bước tập dượt hiệu quả để tạo ra năng lực nội sinh. Tôi gọi chiến lược này là “Tư duy khởi đầu với cái trong tầm tay, nhưng không giới hạn tầm nhìn”.

Ông nhiều lần nhấn mạnh tầm quan trọng của công nghệ tích hợp ăng-ten (Antenna-in-Package). Vì sao?

- Đây là xu hướng tất yếu. Khi thiết bị ngày càng nhỏ gọn, từ smartwatch, drone, điện thoại đến vệ tinh nano, thì tích hợp ăng-ten vào trong chip sẽ giúp tiết kiệm không gian, giảm tiêu hao và tăng hiệu suất truyền dẫn.

Công nghệ này cực kỳ phức tạp, vì kết hợp thiết kế điện- cơ- song- vật liệu trong không gian cực nhỏ. Nhưng chính vì vậy mà Việt Nam nên đầu tư bài bản từ sớm để đi tắt đón đầu. Đây là lĩnh vực còn nhiều khoảng trống công nghệ và cơ hội sáng tạo. Tôi sẵn sàng hỗ trợ kỹ thuật, kết nối chuyên gia quốc tế, và chuyển giao phần mềm để giúp Việt Nam xây dựng năng lực trong mảng này.

Xin cám ơn ông!

Những phát minh nổi bật

Tiến sĩ David Nghiêm là người đề cao quan điểm những giải pháp tốt nhất là những giải pháp đơn giản mà hiệu quả. Trong thiết kế vi mạch, ông cho rằng nhiều khi chỉ cần thay đổi một chi tiết nhỏ về bố trí đường dẫn tín hiệu cũng có thể tạo nên sự khác biệt lớn về hiệu suất.

Năm 1990, tôi phát hiện một số đường dẫn trong vi mạch hoạt động như những ăng-ten không mong muốn, gây nhiễu sóng và tiêu hao năng lượng. Ông đã nghiên cứu, mô phỏng và đề xuất giải pháp khống chế hiện tượng này, góp phần cải thiện hiệu suất truyền dẫn, đặc biệt quan trọng khi các chip ngày càng nhỏ và tần số càng cao.

Ngoài ra ông còn có một số phát minh khác đã được cấp bằng sáng chế và ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp vi mạch tại Mỹ. Những phát minh này đều xoay quanh nguyên lý “tối giản hóa vấn đề nhưng tối đa hóa hiệu quả”.

Phần lớn các sáng chế của ông tập trung vào hệ thống ăng-ten cho các thiết bị y tế không dây, điển hình như máy trợ tim, thiết bị cấy ghép bên trong cơ thể có khả năng kết nối với điện thoại thông minh hoặc các thiết bị ngoại vi. Nhờ đó, bác sĩ có thể theo dõi tình trạng sức khỏe bệnh nhân từ xa và đưa ra quyết định điều trị kịp thời, góp phần cứu sống người bệnh.

Một ứng dụng nổi bật khác là thiết bị cảm biến theo dõi và điều trị tiểu đường, được gắn trực tiếp lên da. Thiết bị này có khả năng tự động kích hoạt hệ thống tiêm insulin khi phát hiện bệnh nhân cần bổ sung. Các thiết bị này được thiết kế dựa trên nguyên lý đơn giản, hiệu quả và có khả năng lọc nhiễu sóng từ các hệ thống khác. Quá trình thiết kế đòi hỏi sự chính xác tuyệt đối nhằm đảm bảo an toàn cho người dùng, bởi chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến tính mạng.

Một điểm nổi bật trong các phát minh của ông là khả năng tương thích với máy MRI (cộng hưởng từ). Trong y khoa, MRI là công cụ chẩn đoán hình ảnh hiện đại nhưng tiềm ẩn rủi ro cao đối với các vật thể chứa kim loại và sóng điện từ. Trước khi chụp MRI, bệnh nhân thường phải tháo bỏ mọi vật dụng như nhẫn, răng giả… Riêng với các thiết bị y khoa cấy ghép — đặc biệt là những thiết bị có ăng-ten như máy trợ tim không dây (wireless pacemaker) — vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn, do ăng-ten nhận sóng từ của MRI, có thể làm hư điện tử trong máy trợ tim, dẫn đến nguy hiểm cho người bệnh.

Trong nhiều trường hợp, bệnh nhân buộc phải phẫu thuật để lấy thiết bị ra khỏi cơ thể trước khi chụp MRI. Từ thực tế đó, ông đã nghiên cứu và phát triển công nghệ giúp các thiết bị y khoa do mình chế tạo có thể “ẩn mình” trước sóng MRI, qua đó giảm thiểu rủi ro, giúp bệnh nhân được chẩn đoán an toàn mà không cần can thiệp xâm lấn.