Tesla và SpaceX vừa xác nhận sẽ cùng rót 16,8 tỷ USD cho giai đoạn đầu của Terafab, một nhà máy bán dẫn khổng lồ đặt tại Grimes County, bang Texas. Nhà máy có diện tích hơn 100 triệu foot vuông và dự kiến tuyển ít nhất 3.000 nhân sự. Terafab sẽ gom các khâu sản xuất chip logic, bộ nhớ, đóng gói và kiểm thử về một địa điểm duy nhất, phục vụ nhu cầu tính toán khổng lồ cho robot Optimus, xe Cybercab và các trung tâm dữ liệu ngoài không gian mà Tesla và SpaceX đang phát triển. Con số 16,8 tỷ USD có thể gây ngạc nhiên với một nhà máy, nhưng thực tế đó mới chỉ là chi phí khởi đầu. Vậy điều gì khiến một fab bán dẫn đắt đỏ đến mức đó?

Phần nền nhà máy còn quan trọng hơn cả máy móc bên trong

Người ngoài ngành thường nghĩ phần lớn tiền được đổ vào máy quang khắc, nhưng phần tốn kém âm thầm nhất lại nằm ở chính tòa nhà. Sàn fab phải đặt trên một khối bê tông lớn, tách rời hoàn toàn khỏi kết cấu xung quanh bằng lớp đệm giảm chấn, để giảm rung động xuống mức nanomet, vì chỉ một độ rung nhỏ từ xe tải chạy ngang hay máy nén khí trong xưởng cũng đủ làm lệch các đường mạch rộng vài nanomet đang khắc lên wafer. Phía trên là khu phòng sạch đạt chuẩn ISO Class 1-5, nơi hệ thống điều hòa phải tuần hoàn không khí qua bộ lọc HEPA và ULPA từ 300 đến 600 lần mỗi giờ, giữ mật độ hạt bụi thấp hơn hàng triệu lần so với không khí trong phòng khách thông thường.

Nước siêu tinh khiết và điện là hai bài toán hạ tầng thường bị đánh giá thấp

Một fab cỡ lớn tiêu thụ hàng triệu gallon nước siêu tinh khiết mỗi ngày để rửa wafer sau từng công đoạn xử lý hóa học. Nước máy thông thường chứa nhiều khoáng chất và vi sinh vật, nên nhà máy phải xây hẳn hệ thống lọc riêng gồm thẩm thấu ngược, khử ion và khử khí, đưa hàm lượng tạp chất xuống mức vài phần tỷ, tinh khiết hơn cả nước cất dùng trong y tế. Song song đó là bài toán điện, vì một fab tiêu thụ điện năng tương đương một thành phố cỡ trung. Trước khi đặt viên gạch đầu tiên, chủ đầu tư đã phải đàm phán với lưới điện khu vực để xây trạm biến áp riêng, đảm bảo nguồn cấp ổn định tuyệt đối, bởi chỉ một lần sụt áp kéo dài vài mili giây cũng có thể làm hỏng cả lô wafer đang xử lý dở.

Vì sao chọn đất trống ở Texas thay vì mở rộng fab cũ

Xây một fab hoàn toàn mới trên đất trống tốn kém hơn nhiều so với mở rộng nhà máy sẵn có, nhưng lại cho phép thiết kế toàn bộ hạ tầng nước, điện và hậu cần ngay từ đầu thay vì chắp vá dần theo thời gian. Grimes County được chọn một phần vì quỹ đất rộng, quy định về khai thác nước ở Texas linh hoạt hơn nhiều bang khác, và khoảng cách gần các cơ sở hiện có của SpaceX giúp giảm chi phí vận chuyển nguyên liệu. Đây cũng là lý do vì sao tin tức về các siêu fab luôn đi kèm ưu đãi thuế và trợ cấp địa phương, như khoản 30 triệu đô la từ Texas Enterprise Fund dành cho SpaceX, bởi bài toán này không chỉ là công nghệ mà còn là quy hoạch hạ tầng cấp vùng thuộc lĩnh vực khoa học công nghệ.