Yield – Điểm số sức khoẻ của nhà máy chip

Hùng Vũ

Sat, 23 Aug 2025

Khi hàng tỷ transistor phải đồng loạt hoạt động hoàn hảo

Khi nghe đến yield, nhiều người liên tưởng ngay đến nông sản, mùa màng – tỉ lệ thu hoạch so với gieo trồng. Trong ngành bán dẫn, yield cũng mang ý nghĩa tương tự: đó là tỷ lệ chip đạt chuẩn sau sản xuất, hay nói cách khác, là thước đo sống còn của một nhà máy chế tạo bán dẫn.

1. Yield là gì?

Yield được định nghĩa là:

Yield = (Số chip đạt chuẩn / Tổng số chip sản xuất) × 100%

Ví dụ:

• Một tấm wafer sản xuất ra 500 chip.

• Nếu chỉ 400 chip đạt chuẩn → Yield = 80%.

• 100 chip lỗi kia trở thành “rác điện tử” – không thể bán ra thị trường.

Có thể hình dung, yield chính là “GPA” của cả một nhà máy sản xuất chip: chỉ số càng cao, “thành tích” của nhà máy càng tốt.

2. Tại sao Yield quan trọng?

Trong ngành bán dẫn, yield quyết định trực tiếp lãi – lỗ của một dự án sản xuất chip.

• Chi phí khổng lồ: Một fab (nhà máy bán dẫn) có chi phí đầu tư hàng chục tỷ USD. Chỉ cần yield thấp đi vài phần trăm đã gây thiệt hại hàng trăm triệu USD.

• Ảnh hưởng thị trường: Yield thấp khiến nguồn cung chip khan hiếm, giá chip tăng vọt, tác động đến toàn bộ chuỗi cung ứng.

• Độ tin cậy sản phẩm: Một con chip lỗi có thể gây hậu quả nghiêm trọng, ví dụ hệ thống xe tự lái bị treo hoặc máy chủ AI bị dừng đột ngột.

Nói cách khác, yield thấp không chỉ là vấn đề kinh tế, mà còn là rủi ro về công nghệ và an toàn.

3. Ví dụ thực tế – Từ làm bánh đến chế tạo chip

Hãy tưởng tượng một tiệm bánh:

• Nướng 100 chiếc bánh.

• 90 chiếc đạt chuẩn ngon lành → bán được.

• 10 chiếc cháy khét → phải bỏ đi.

Vậy yield của tiệm bánh là 90%.

Trong sản xuất chip, quy mô còn khổng lồ hơn: chỉ cần một hạt bụi li ti rơi lên bề mặt wafer cũng đủ làm hỏng hàng chục chip. Chính vì vậy, các fab luôn được vận hành trong môi trường phòng sạch (cleanroom) với tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn cả phòng mổ bệnh viện.

4. Các loại Yield

Trong thực tế, yield không phải chỉ có một con số duy nhất, mà được phân tách thành nhiều loại:

• Wafer Yield: Tỷ lệ wafer còn nguyên vẹn sau quá trình chế tạo.

• Die Yield: Tỷ lệ chip (die) đạt chuẩn trên mỗi wafer.

• Functional Yield: Tỷ lệ chip hoạt động đúng tất cả các chức năng thiết kế.

• Parametric Yield: Tỷ lệ chip đáp ứng các thông số kỹ thuật (tốc độ, điện áp, công suất…).

Có thể coi đây là “bảng kiểm sức khoẻ” của chip: không chỉ sống sót, mà còn phải hoạt động đúng chuẩn và ổn định.

5. Những yếu tố ảnh hưởng đến Yield

Yield bị chi phối bởi hàng loạt yếu tố phức tạp trong toàn bộ quy trình sản xuất:

• Chất lượng wafer silicon: Wafer kém chất lượng → nhiều khuyết tật ngay từ đầu.

• Quang khắc (Lithography): Đây là công đoạn dễ xảy ra lỗi nhất, vì chỉ cần sai lệch nhỏ trong tia EUV/DUV cũng dẫn đến mạch in bị lệch.

• Độ sạch môi trường: Bụi, hơi nước, hay ion kim loại lạ đều có thể làm hỏng chip.

• Thiết kế mạch (Design for Manufacturability): Thiết kế càng phức tạp, càng khó đạt yield cao.

• Thiết bị sản xuất: Sai số nhỏ trong máy khắc, máy phủ, hay máy khắc plasma cũng ảnh hưởng trực tiếp.

Chính vì vậy, các tập đoàn lớn như TSMC, Intel, Samsung đầu tư hàng tỷ USD vào việc kiểm soát quy trình và cải tiến yield.

6. Cơ hội cho kỹ sư Việt Nam

Dù Việt Nam chưa có fab thương mại sản xuất chip logic tiên tiến, nhưng cơ hội tham gia vào lĩnh vực yield engineering vẫn rất lớn:

• Phân tích lỗi (Failure Analysis): Xác định nguyên nhân gây yield thấp – từ bụi bẩn, sai lệch quang khắc, đến lỗi thiết kế.

• Tối ưu quy trình: Ứng dụng AI/ML để dự đoán lỗi, cải thiện yield dựa trên dữ liệu sản xuất.

• Thiết kế tối ưu yield: Bổ sung cơ chế dự phòng (redundancy) trong chip bộ nhớ DRAM, SRAM để tăng tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn.

• Nghiên cứu học thuật: Sinh viên có thể tiếp cận qua các môn Semiconductor Manufacturing, hoặc làm project phân tích dữ liệu yield.

7. Bắt đầu tìm hiểu Yield như thế nào?

Để bước vào lĩnh vực này, có thể bắt đầu từ:

1. Học về quy trình sản xuất bán dẫn: Quang khắc (photolithography), khắc (etching), lắng đọng (deposition)…

2. Tìm hiểu các mô hình Yield kinh điển: Murphy’s Yield Model, Moore’s Yield Model.

3. Thực hành phân tích dữ liệu: Dùng Python, Excel để mô phỏng yield dựa trên số liệu wafer và defect density.

4. Đọc tài liệu chuyên ngành: Whitepaper, báo cáo kỹ thuật từ TSMC, Intel, Samsung, ASML.

Kết luận

Yield không chỉ là một con số thống kê, mà là thước đo sức khoẻ của toàn bộ ngành bán dẫn.

Chỉ khi yield đủ cao, công nghệ mới đủ rẻ và phổ biến đến tay người dùng – từ smartphone, laptop, xe điện cho đến siêu máy chủ AI.

Với kỹ sư trẻ Việt Nam, hiểu yield không chỉ giúp nắm rõ quy trình sản xuất chip, mà còn mở ra cơ hội tham gia giải quyết những “bài toán tỷ đô” của ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu.