From sand to a phoneTừ hạt cát đến chiếc điện thoại

Picture an iPhone standing upright in beach sand. The phone is one of the most common electronic devices in the world, and the chips inside it start from sand: their silicon is refined from quartz. This book follows one of those chips from its design to the phone, and asks at every step who does the work and how much of the money stays there.

Hãy hình dung một chiếc iPhone dựng đứng giữa bãi cát. iPhone là một trong những thiết bị điện tử phổ biến nhất thế giới, và những con chip bên trong nó cũng khởi đầu từ cát: silicon trong chip do người ta tinh chế từ thạch anh mà ra. Cuốn sách này lần theo một trong những con chip ấy, từ bản thiết kế cho tới chiếc điện thoại, và ở mỗi chặng đều hỏi: ai làm phần việc nào, và chặng ấy giữ lại được bao nhiêu tiền.

In this chapter

Trong chương này

• How many iPhones were sold in 2024, and how much money they brought in
• Whose chips sit inside one iPhone 15 Pro: Apple’s, and about a dozen other companies'
• Which stops the A17 Pro, the chip this book follows, passes through
• Who makes up the chip industry’s ecosystem, and how big it is

• Năm 2024 Apple bán ra bao nhiêu chiếc iPhone, và thu về bao nhiêu tiền
• Chip trong một chiếc iPhone 15 Pro đến từ những công ty nào: Apple và khoảng một chục công ty khác
• Cuốn sách theo chân con chip A17 Pro qua những chặng nào
• “Hệ sinh thái” của ngành chip gồm những ai, và lớn đến đâu

One phone needs chips from a dozen companies

Một chiếc điện thoại cần đến cả chục hãng chip

Few products show the scale of the chip business as plainly as the iPhone. It sells in every large market, in enormous numbers, and each one carries dozens of chips.

Hiếm sản phẩm nào cho thấy quy mô của ngành chip rõ như iPhone. Chiếc điện thoại này có mặt ở mọi thị trường lớn, bán ra với số lượng khổng lồ, và mỗi chiếc mang trong mình hàng chục con chip.

Most of the chips in all those phones start from one of the most common materials there is. Silicon is the second most common element in the Earth’s crust after oxygen, 27.7% of it by weight. It is a semiconductor, a material that conducts electricity better than an insulator but worse than a metal. Chips cannot use it as it comes, though. It is refined from quartz until fewer than one atom in ten billion is an impurity, so ordinary sand is only the very first step.^{1.4, 1.5} Chapter 4 picks up the story there.

Phần lớn chip trong ngần ấy chiếc điện thoại khởi đầu từ một trong những vật liệu phổ biến nhất. Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ Trái Đất, chỉ sau oxy, chiếm 27,7% khối lượng. Nó là một chất bán dẫn, tức dẫn điện tốt hơn chất cách điện nhưng kém hơn kim loại. Có điều, chip không dùng được silicon ở dạng sẵn có. Người ta phải tinh chế nó từ thạch anh cho tới khi cứ mười tỷ nguyên tử mới có chưa đến một nguyên tử tạp chất. Vì vậy, hạt cát thông thường mới chỉ là bước đầu tiên.^{1.4, 1.5} Chương 4 sẽ kể tiếp từ đó.

Which chips are inside the iPhone 15 Pro

Bên trong iPhone 15 Pro có những con chip nào

Firms such as TechInsights take new phones apart and identify every chip on their boards. Plate 1.1 shows what they found in an iPhone 15 Pro: three views of its stacked circuit boards, with each chip numbered by the company that supplies it.^1.6

Những công ty như TechInsights chuyên tháo rời điện thoại mới và nhận diện từng con chip trên bo mạch. Hình 1.1 là kết quả tháo một chiếc iPhone 15 Pro: ba mặt của cụm bo mạch xếp chồng, mỗi con chip mang số của công ty cung cấp nó.^1.6

The A17 Pro, the processor at the centre of the logic board, is Apple’s own design. The memory chips are of two kinds. The working memory, which holds the apps that are running, comes from SK hynix or Micron: Apple buys the same part from both, so a given phone carries one or the other. The flash memory that stores photos and apps comes from Kioxia.^{1.7, 1.8}

A17 Pro, bộ xử lý nằm giữa bo mạch logic, do chính Apple thiết kế. Chip nhớ có hai loại. “Bộ nhớ làm việc”, nơi giữ các ứng dụng đang chạy, do SK hynix hoặc Micron cung cấp: Apple mua cùng một linh kiện từ cả hai hãng, nên mỗi chiếc máy chỉ mang chip của một trong hai. Bộ nhớ flash lưu ảnh và ứng dụng thì do Kioxia cung cấp.^{1.7, 1.8}

The radio chips come from Qualcomm, whose 5G modem and RF transceivers turn data into radio signals and back, and from Broadcom, Skyworks and Qorvo, whose front-end modules link the transceivers to the antennas. Smaller chips manage power, drive the audio, sense motion (Bosch) and handle contactless payment (NXP).^1.8

Chip vô tuyến do Qualcomm và ba hãng Broadcom, Skyworks, Qorvo cung cấp. Qualcomm làm modem 5G và các RF transceiver (bộ thu phát vô tuyến), hai loại chip cùng nhau chuyển dữ liệu thành tín hiệu vô tuyến và ngược lại; ba hãng kia làm các front-end module nối transceiver với ăng-ten. Những con chip nhỏ hơn lo quản lý nguồn điện, xử lý âm thanh, cảm nhận chuyển động (Bosch) và thanh toán không tiếp xúc (NXP).^1.8

Each board is named for its main job, not for every chip on it: the logic board, for one, also carries memory and power chips. Count the companies in the key and one phone turns out to carry Apple’s own chips beside those of about a dozen others. Not even the company whose name is on the phone designs all of its chips, and it makes none of them.

Tên mỗi bo mạch chỉ nói công việc chính của nó, không liệt kê hết các con chip trên đó: chẳng hạn bo mạch logic còn mang cả chip nhớ và chip nguồn. Đếm các công ty trong bảng chú thích sẽ thấy ngoài chip của Apple, một chiếc điện thoại còn dùng chip của khoảng một chục công ty khác. Ngay cả công ty có tên in trên chiếc điện thoại cũng không tự thiết kế hết chip bên trong, và không tự sản xuất con chip nào.

Following one chip, the A17 Pro

Theo chân con chip A17 Pro

One chip on those boards does most of the thinking: the A17 Pro, marked 1 in green on plate 1.1. It is a System on Chip, a single chip that holds the main parts of a computer: among them, six processor cores that run the apps and six graphics cores that draw the screen.^1.8 Apple designed it, and TSMC, a Taiwanese company that makes chips to other companies’ designs, manufactured it on its 3 nm process.^1.9

Trong số những con chip ấy, có một con làm phần lớn việc tính toán: A17 Pro, mang số 1 màu xanh lá trên hình 1.1. Đây là một System on Chip (SoC), tức một con chip chứa những bộ phận chính của cả một chiếc máy tính. Trong đó có sáu lõi xử lý chạy ứng dụng và sáu lõi đồ họa vẽ hình ảnh lên màn hình.^1.8 Apple thiết kế con chip này, còn TSMC chế tạo nó ở tiến trình bán dẫn (technology node) 3 nm.^1.9 TSMC là công ty Đài Loan chuyên sản xuất chip theo thiết kế của công ty khác.

Like every modern chip, the A17 Pro is an integrated circuit: its transistors, the tiny electrical switches that chips compute with, are made together with the wiring that joins them, on one piece of silicon. It holds about 19 billion of them.^1.10

Như mọi con chip hiện đại, A17 Pro là một vi mạch: các bóng bán dẫn (transistor) và dây nối giữa chúng được chế tạo cùng lúc trên một miếng silicon duy nhất. Transistor là những “công tắc” điện siêu nhỏ mà chip dùng để tính toán, và A17 Pro chứa khoảng 19 tỷ transistor như thế.^1.10

This book follows the A17 Pro stop by stop, because its path runs through almost every kind of company in the industry. The table shows the route, and each stop has a chapter of its own.

Cuốn sách này theo chân A17 Pro qua từng chặng, vì hành trình của nó đi qua gần như mọi loại công ty trong ngành. Bảng dưới đây vạch ra lộ trình ấy, và mỗi chặng có một chương riêng.

At each stop a different kind of company does the work, and each keeps a different share of what it earns.

Mỗi chặng do một kiểu công ty riêng đảm nhận, và kiểu công ty nào cũng giữ lại một phần tiền kiếm được, nhiều ít khác nhau.

What "the ecosystem" means

"Hệ sinh thái" nghĩa là gì

A phone’s chips, then, are the work of many companies, and each of those companies leans on others: on the firms whose software its engineers design with, whose machines fill its factories, and whose wafers and chemicals those machines work on. That whole web, with the universities and governments behind it, is what people mean by the semiconductor ecosystem.

Vậy là chip trong một chiếc điện thoại do nhiều công ty cùng làm ra. Mỗi công ty ấy lại dựa vào những công ty khác: hãng làm phần mềm cho kỹ sư thiết kế, hãng làm máy móc đặt trong nhà máy, hãng cung cấp wafer và hóa chất cho những cỗ máy đó. Người ta gọi toàn bộ mạng lưới ấy, cùng các trường đại học và nhà nước đứng phía sau, là hệ sinh thái bán dẫn.

It is easiest to see as a value chain, the sequence of steps that each add value to a chip on its way to market. Plate 1.2 lays the chain out in three columns, after a map drawn by the analyst Eric Flaningam, with some of the best-known companies at each step.^1.13

Cách dễ hình dung nhất là xem nó như một chuỗi giá trị, gồm những bước nối tiếp nhau, bước nào cũng làm con chip có giá trị hơn trên đường ra thị trường. Hình 1.2 trình bày chuỗi này thành ba cột, dựa theo “bản đồ” của nhà phân tích Eric Flaningam, kèm một số công ty nổi tiếng nhất ở mỗi bước.^1.13

Read it from left to right. Design comes first. Some companies design and make their own chips, such as Intel and Samsung; others only design and pay factories to make their chips, such as Apple, NVIDIA and Qualcomm. Both kinds buy their design software from a handful of specialists and license ready-made building blocks. Manufacturing comes next: fabs build the circuits on wafers, with machines from a few toolmakers and materials from specialist suppliers, and then the chips are packaged and tested. On the right are the finished chips, sorted by kind: processors, graphics chips, memory, analog chips and chips designed for one customer’s own use.

Đọc hình từ trái sang phải. Đầu tiên là thiết kế. Có công ty vừa thiết kế vừa tự sản xuất chip, như Intel và Samsung; có công ty chỉ thiết kế rồi thuê nhà máy sản xuất, như Apple, NVIDIA và Qualcomm. Cả hai nhóm đều mua phần mềm thiết kế từ một vài hãng chuyên biệt và mua bản quyền các khối thiết kế dựng sẵn. Tiếp theo là sản xuất: các fab dựng mạch trên wafer, dùng máy móc của một số ít hãng chế tạo thiết bị và vật liệu của các nhà cung cấp chuyên biệt, rồi đến khâu đóng gói và kiểm thử chip. Cột bên phải là chip thành phẩm, xếp theo loại: chip xử lý, chip đồ họa, chip nhớ, chip analog và chip thiết kế riêng cho nhu cầu của một khách hàng.

How many companies make up the ecosystem? Nobody keeps an official count. For a sense of scale, China alone had about 3,600 chip-design firms in 2024.^1.14 Taiwan had about 300 companies that design, make, or package and test chips at the end of 2023, besides its many equipment and materials suppliers.^1.15 The map names a few dozen of the best known, and says itself that the list is not complete.

Hệ sinh thái này gồm bao nhiêu công ty? Chưa có con số thống kê chính thức nào. Để hình dung quy mô: riêng Trung Quốc có khoảng 3.600 công ty thiết kế chip năm 2024.^1.14 Đài Loan có khoảng 300 công ty thiết kế, sản xuất hoặc đóng gói và kiểm thử chip vào cuối năm 2023, chưa kể rất nhiều nhà cung cấp thiết bị và vật liệu.^1.15 Bản đồ chỉ nêu vài chục cái tên nổi tiếng nhất, và tự ghi rõ rằng danh sách chưa đầy đủ.

The chain is also spread across the world, and each stage has its own leaders. Companies based in the United States lead in chip design, ready-made building blocks and design software. The United States, the European Union and Japan together lead in chipmaking machines, and companies based in mainland China, Japan, Taiwan and South Korea in materials. Companies based in South Korea and Taiwan lead in making the most advanced chips, while packaging and testing are concentrated in mainland China and Taiwan.^1.16

Chuỗi này cũng trải rộng khắp thế giới, và mỗi khâu có những nơi dẫn đầu riêng. Các công ty có trụ sở ở Mỹ dẫn đầu về thiết kế chip, các khối thiết kế dựng sẵn và phần mềm thiết kế. Về máy móc sản xuất chip, dẫn đầu là Mỹ, Liên minh châu Âu và Nhật Bản; về vật liệu là các công ty có trụ sở ở Trung Quốc đại lục, Nhật Bản, Đài Loan và Hàn Quốc. Các công ty có trụ sở ở Hàn Quốc và Đài Loan dẫn đầu về sản xuất những con chip tiên tiến nhất, còn khâu đóng gói và kiểm thử tập trung ở Trung Quốc đại lục và Đài Loan.^1.16

The rest of the book walks this chain from left to right with the A17 Pro. First, chapter 2 sorts its companies into the four ways to be a chip company.

Phần còn lại của cuốn sách đi dọc chuỗi này từ trái sang phải cùng con chip A17 Pro. Trước hết, chương 2 chia các công ty trong chuỗi theo bốn cách làm một công ty chip.