Vì sao Samsung phải chuyển sang chất nền kính trong sản xuất bán dẫn?

[A-Train The Seven]

Interposer là một thành phần quan trọng trong các chip AI, đặc biệt trong cấu trúc 2.5D packaging, nơi GPU (bộ xử lý đồ họa) được đặt ở trung tâm và kết nối với HBM (bộ nhớ băng thông cao) xung quanh thông qua interposer. Hiện nay, silicon interposer được sử dụng phổ biến nhờ khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và tản nhiệt tốt. Tuy nhiên, silicon interposer có hai hạn chế lớn:

• Chi phí cao: Silicon là vật liệu đắt đỏ, và quy trình sản xuất phức tạp khiến giá thành tăng, đặc biệt khi nhu cầu chip AI bùng nổ. Theo TrendForce, chi phí sản xuất silicon interposer chiếm 10-15% tổng chi phí chip 2.5D.
• Giới hạn kỹ thuật: Khi kích thước chip thu nhỏ và yêu cầu hiệu suất tăng (đặc biệt với chip 3nm hoặc 2nm), silicon interposer gặp khó trong việc hỗ trợ các mạch siêu nhỏ với độ chính xác cao.

Glass interposer (tấm nền kính) nổi lên như một giải pháp thay thế với nhiều ưu điểm:

• Hỗ trợ mạch siêu nhỏ: Kính có bề mặt mịn hơn silicon, cho phép khắc các mạch siêu mịn với độ chính xác cao, phù hợp với chip AI tiên tiến yêu cầu băng thông lớn và hiệu suất cao. Theo Semiconductor Engineering, kính có thể hỗ trợ độ phân giải mạch dưới 1µm, vượt trội so với silicon.
• Giảm chi phí: Kính rẻ hơn silicon, và quy trình sản xuất đơn giản hơn, giúp giảm 20-30% chi phí sản xuất interposer, theo ước tính của Yole Group. Điều này đặc biệt quan trọng khi giá chip AI như NVIDIA H100 đã vượt 30.000 USD/chiếc.
• Khả năng mở rộng: Kính có thể được sản xuất ở kích thước lớn hơn, hỗ trợ panel-level packaging (PLP), giúp tăng năng suất so với wafer-level packaging (WLP) truyền thống.

Việc Samsung chuyển sang glass interposer từ năm 2028 phản ánh xu hướng chung trong ngành. Ví dụ, AMD lên kế hoạch áp dụng glass interposer vào năm 2028, trong khi Intel và Absolics (công ty con của SKC) đã sản xuất mẫu thử glass substrate ở quy mô lớn (510x515 mm). Tuy nhiên, Samsung chọn cách tiếp cận khác biệt, tập trung vào kích thước nhỏ (unit-level, dưới 100x100 mm) để đẩy nhanh thử nghiệm và triển khai, dù điều này có thể làm giảm năng suất trong sản xuất hàng loạt.

Samsung đặt mục tiêu áp dụng glass interposer cho đóng gói bán dẫn tiên tiến (advanced packaging) từ năm 2028, thay thế silicon interposer trong các chip AI và HBM. Đây là lần đầu tiên lộ trình glass substrate của Samsung được công khai, theo nguồn tin từ Hankyung. Một người trong ngành cho biết: “Samsung lập kế hoạch chuyển đổi sang glass interposer để đáp ứng yêu cầu từ khách hàng trong bối cảnh nhu cầu chip AI tăng mạnh.”

Công ty Hàn Quốc đang đàm phán với các nhà cung cấp glass interposer, bao gồm SKC (qua Absolics) và các đối tác Nhật Bản như AGC và Nippon Electric Glass. Thay vì sử dụng tấm kính lớn (510x515 mm), Samsung chọn kích thước nhỏ (100x100 mm trở xuống) để đẩy nhanh quá trình phát triển mẫu thử và đưa vào sản xuất. Một nguồn tin ngành nhận định: “Đây là chiến lược để gia nhập thị trường nhanh chóng, ưu tiên tốc độ hơn năng suất ban đầu.”

Glass interposer không chỉ được dùng cho khách hàng foundry (như NVIDIA, AMD) mà còn có thể tích hợp vào các sản phẩm nội bộ của Samsung, bao gồm HBM4 (dự kiến 2026) và chip hệ thống (system LSI) cho điện thoại, máy chủ, và ô tô. Theo ETNews, Samsung đã hợp tác với Corning và SCHOTT để phát triển kính cho cả interposer và main substrate, chuẩn bị cho các thế hệ chip tương lai.

Chiến lược này nằm trong tầm nhìn “AI One-Stop Solution” mà Samsung công bố tại Samsung Foundry Forum 2024, kết hợp foundry, HBM, và đóng gói tiên tiến để cung cấp giải pháp toàn diện cho khách hàng AI. Với glass interposer, Samsung kỳ vọng tăng sức cạnh tranh trước TSMC, công ty hiện chiếm 67,1% thị phần foundry và cũng đang nghiên cứu glass substrate với các đối tác như Intel.

Việc Samsung áp dụng glass interposer từ năm 2028 sẽ có tác động sâu rộng đến ngành bán dẫn và thị trường AI. Glass interposer giúp giảm 20-30% chi phí sản xuất so với silicon, có thể hạ giá chip AI, vốn đang tăng mạnh do nhu cầu từ trung tâm dữ liệu và ứng dụng AI tổng quát (generative AI). Theo Gartner, thị trường chip AI dự kiến đạt 200 tỷ USD vào năm 2028, và glass substrate sẽ là yếu tố then chốt để mở rộng quy mô sản xuất.

Ông lớn xứ kim chi (thị phần foundry 8,1%) đang nỗ lực thu hẹp khoảng cách với TSMC. Glass interposer cho phép Samsung cung cấp các gói 2.5D và 3D packaging tiên tiến hơn, thu hút khách hàng lớn như NVIDIA (hiện phụ thuộc vào TSMC cho chip H100 và Blackwell). Việc triển khai sớm glass interposer có thể giúp Samsung giành hợp đồng từ AMD, công ty cũng nhắm đến kính vào năm 2028.