نگاهی به یکی از پیشرفته ترین کارخانه های دنیا بیاندازید. اینتل چگونه پردازنده تولید می کند؟

آیا ساختار کارخانه های تولید تراشه های اینتل را می شناسید و چه اجزایی دارند؟ در این مقاله قصد داریم به یکی از کارخانه های این شرکت به نام Fab 42 که یکی از مجهزترین کارخانه های تولید تراشه در جهان است سری بزنیم و نحوه تولید ریزپردازنده های اینتل را در این کارخانه ببینیم.

کارخانه Fab 42 در پردیس Ocotillo در چندلر، آریزونا، یکی از پردیس های جدید اینتل واقع شده است. این پردیس در کنار پردیس قدیمی اینتل در چندلر واقع شده است که اینتل در مجموع 12000 کارمند دارد. البته کارخانه های Fab 52 و Fab 62 اینتل نیز در همین مکان ساخته می شوند و به همین دلیل این شرکت 3000 کارمند جدید استخدام می کند.

پردازنده سرور Sapphire Rapids

پردازنده سرور Sapphire Rapids قرار است در سال 2022 همراه با تراشه سرور Xeon اینتل عرضه شود. این تراشه از چهار چیپ ست (مجموعه چیپ) شامل موتور CPU و چهار ماژول حافظه ذخیره سازی با پهنای باند بالا تشکیل شده است. همه اجزا با استفاده از فناوری Intel Multi-Die Interconnect Bridge (EMDIB) (یا EMDIB اینتل) متصل می شوند. این فناوری بسته بندی برای رقابت با فناوری های مشابه ارائه شده توسط TSMC و سامسونگ ایجاد شده است.

ویفر تراشه آزمایش دریاچه شهاب سنگ

در این مرحله، سطح ویفر 300 میلی متری با صدها تراشه آزمایشی Meteor Lake پوشیده شده است. در این مرحله، لایه بالایی چیپست طی فرآیندی به نام dicing به لایه پایه متصل می‌شود، سپس ویفر به پردازنده‌های جداگانه تقسیم می‌شود (مانند زمانی که چیزی بریده می‌شود).

ویفر Sapphire Rapids اینتل

Sapphire Rapids، تراشه سرور زنون اینتل که در سال 2022 راه اندازی می شود، دارای چهار موتور پردازنده و چهار ماژول ذخیره سازی با پهنای باند بالا است که پیکربندی آن در تصویر بالا نشان داده شده است. در این تصویر ویفری را مشاهده می کنید که 8 عدد از این تراشه ها روی آن قرار دارد و به هر کدام از این تراشه ها چیپلت می گویند. بین چیپلت ها فضاهای مستطیلی باریکی وجود دارد که در واقع کانکتورهای EMIB برای اتصال چیپلت ها به یکدیگر هستند. اهمیت این فناوری بسته بندی در صنعت تراشه در حال افزایش است.

پردازنده پونته وکیو

پردازنده‌های Ponte Vecchio اینتل که قرار است در سال 2022 عرضه شوند، زاییده مغز ابررایانه‌های Aurora وزارت انرژی ایالات متحده خواهند بود. اینتل توسعه این پردازنده را در آزمایشگاه ملی آرگون به تعویق انداخته است. اما برعکس، ادعا می کند که حداکثر عملکرد آن در مقایسه با زمانی که طراحی می شد دو برابر شده است.

چیپست پردازنده Ponte Vecchio

پردازنده Intel Ponte Vecchio عملا یک جزء فنی است. زیرا 47 قطعه مختلف سیلیکون را با هم مخلوط می کند. هر چیپلت با کانکتورهای EMIB در یک طرف به دقت به یکدیگر متصل می شود و از طرف دیگر به بیرون کشیده می شود و از طرف دیگر توسط کانکتورهای Intel Fowros به سمت بالا کشیده می شود. Favros پتانسیل اینتل را در فناوری بسته بندی نشان می دهد. اینتل به فناوری رقیب خود TSMC برای ساخت واحدهای GPU در قلب پردازنده متکی است.

تراشه های آزمایش دریاچه شهاب سنگ

تراشه Meteor Lake، یک تراشه مخصوص رایانه شخصی که قرار است در سال 2023 راه اندازی شود، از نسل دوم فناوری بسته بندی Fowros برای استفاده از چیپلت ها به عنوان پشته در یک پردازنده کامل استفاده می کند. تجهیزات آزمایش Meteor Lake برای اطمینان از اینکه فناوری فوواروس به درستی کار می کند و مشکلی در تنظیم یا تراز یا اتصالات الکتریکی وجود ندارد استفاده می شود.

تراشه‌های سفیر سریع اینتل

لوله‌های با پوشش پلاستیکی حاوی چیپ‌لت‌ها از کارخانه اینتل در اورگان با هوا منتقل می‌شوند و در تجهیزات ساخت تراشه CH-4 قرار می‌گیرند. این دستگاه هر جزء سیلیکونی را جایگزین می کند تا یک پردازنده بزرگتر بسازد.

تراشه های آزمایش دریاچه شهاب سنگ

تراشه های آزمایش Meteor Lake با دقت در کنار یکدیگر روی یک ویفر 300 میلی متری قرار می گیرند. برخی از تراشه های پردازنده به صورت جداگانه به لایه پایه ویفر که در زیر آنها قرار دارد متصل می شوند. این تراشه برای رایانه های شخصی در سال 2023 عرضه می شود. این تراشه‌های آزمایشی برای ارزیابی عملکرد فناوری بسته‌بندی اینتل استفاده می‌شوند، نه برای ارزیابی کامل پردازنده.

آزمایش فناوری بسته بندی مورد استفاده در تراشه دریاچه شهاب سنگ

همانطور که قبلا ذکر شد، انتظار می رود که تراشه های Meteor Lake در سال 2023 در رایانه های شخصی استفاده شوند. در این تراشه چند چیپلت با مزیت فناوری بسته بندی Fowros در یک تراشه بزرگتر ترکیب شده است. این فناوری اتصال، چیپ‌لت‌ها را در یک پشته عمودی کنار هم قرار می‌دهد و با استفاده از اتصال سریع داده، آنها را به هم متصل می‌کند. در این قسمت از کارخانه، تراشه ها به طور جداگانه به لایه پایه ویفر زیر آنها متصل می شوند تا تراشه های ذوب شده را تشکیل دهند.

سایت ساخت کارخانه اینتل Fab 52 و Fab 62

اینتل همچنین از فضای بلااستفاده در محوطه قدیمی در چندلر استفاده می کند و قصد دارد کارخانه های Fab 52 و Fab 62 را در آنجا بسازد. هزینه ساخت هر یک از این دو نیروگاه 10 میلیارد دلار است و احتمالاً در سال 2024 شروع به کار خواهند کرد. انتظار می رود این دو کارخانه 3000 کارمند جدید ایجاد کنند و به 12000 کارمند فعلی اینتل در آریزونا اضافه شود.

fab 42. در تابلوهای خیابانی اینتل

تابلوهای خیابان اینتل در Fab 42 در پردیس Ocotillo نزدیک فینیکس با مقالات مرتبط با صنعت تراشه مانند Wafer Way، Angstrom Avenue، Cleanroom Corner، Transistor Terrace، Parkway Processor Parkway، Silicon Street و Tic-Tok Trail.

پوشش های روکش یک تکه (FOUP) که تراشه های اینتل را حمل می کنند

کارخانه های تولید تراشه های اینتل که به عنوان fabs شناخته می شوند، مکان های بسیار تمیزی هستند. با این حال، تراشه های یک پوشش یک تکه، به نام FOUP، در یک کارخانه برای انتقال ویفرهای سیلیکونی از یک قسمت از خط تولید به قسمت دیگر استفاده می شود. در تصویر بالا دو FOUP نصب شده در قسمت جلوی ماژول تجهیزات چیپ ساز را مشاهده می کنید.

سیستم سقف انتقال تراشه

تجهیزات تراشه‌سازی در کارخانه‌های Fab 12، 22، 32 و 42 به یک سیستم انتقال سقف چند کیلومتری متصل می‌شوند که برای انتقال پشته‌های ویفر سیلیکونی با استفاده از غلاف‌های پلاستیکی استفاده می‌شود.

پردازنده اینتل Ponte Vecchio

در عکس بالا، چهار پردازنده Intel Ponte VQ را می بینید که بر اساس استانداردهای تراشه، تراشه بسیار بزرگی است. هر یک از این پردازنده ها از ده ها چیپلت به هم پیوسته با مجموعا یک میلیارد ترانزیستور تشکیل شده است. ترانزیستور جزء اصلی پردازشگر داده در پردازنده است.

تراشه های تجربی دریاچه میثیر

در تصویر بالا که نمای نزدیک از تراشه های آزمایشی میثیر لیک است، هر چیپلت به وضوح قابل مشاهده است.

قدم اول اتاق تمیز: دستکش

بلافاصله پس از ورود به اتاق تمیز، کارگران کارخانه دو جفت دستکش را از روی دیوار دستکش برداشته و سریعاً آن‌ها را می‌پوشند. دستکش هایی که در روز اول پوشیده می شوند به اندازه کافی بلند هستند تا به طور کامل از کارکنان محافظت کنند.

کارخانه Fab 42 در چندلر، آریزونا

کارخانه Fab 42 یک کارخانه بزرگ واقع در چندلر، آریزونا، در مجاورت کارخانه های قدیمی Fab 12، Fab 22 و Fab 32 است. اینتل همچنین ساخت کارخانه های Fab 52 و Fab 62 را آغاز کرده است که در سال 2024 شروع به کار خواهند کرد.

FOUB 42 در کارخانه فاب

غلاف پلاستیکی که FOUB نام دارد، از کارخانه Fab 42، پشته ویفر سیلیکونی را از یک قسمت از خط تولید به قسمت دیگر منتقل می کند. یک تراشه باید صدها مرحله مختلف تولید را طی کند تا کامل شود.

زیرساخت fab 42

کارخانه Fab 42 دارای زیرساخت پیچیده ای متشکل از اجزای مختلف برای تولید یک تراشه کامل و بی عیب و نقص است که شامل واحد منبع تغذیه، سیستم حذف آلاینده ها و ذرات اضافی با آب و سیستم خنک کننده با جریان هوا می باشد. یک کارخانه تولید تراشه برای فعالیت روزانه خود به میلیون ها لیتر آب خالص نیاز دارد. پردیس Ocotilo بیش از 34 میلیون لیتر آب در روز مصرف می کند. اینتل در حال کار بر روی راه‌هایی برای جبران میزان آب برگشتی به مناطق حوضه آبریز جنوب آریزونا در مقایسه با آب مصرفی کارخانه‌هایش است.

ابزار لایه برداری fab 42 intel

یکی از مراحل تولید تراشه در Fab 42 مرحله لایه برداری است که در آن دستگاه لایه بردار لایه هایی از مواد ویفر سیلیکونی را حذف می کند.

تجهیزات ذخیره سازی بخار شیمیایی

برای قرار دادن مواد مختلف در تراشه های سیلیکونی مراحل مختلفی باید انجام شود. ویفرها ابتدا در معرض یک پرتوی الگوی نور قرار می گیرند تا سطح آنها تغییر کند. سپس مواد به سطح ویفر اضافه می شود یا مواد از سطح جدا می شود. روش انباشته شدن بخار شیمیایی یکی از روش های افزودن لایه های ماده به سطح ویفر است.

تجهیزات نظافتی فاب 42

تمیز کردن شیمیایی یکی از چندین مرحله تکراری در فرآیند پردازش ویفرها و قرار دادن آنها در داخل تراشه است و یکی از مهم ترین و ضروری ترین مراحل تولید می باشد. در این قسمت از فرآیند تولید، غلاف های پلاستیکی پس از پر شدن با ویفرهای سیلیکونی، به صورت دسته جمعی به تجهیزات نظافتی ارسال می شوند.

کارخانه اینتل CH-4 برای بسته بندی

کارخانه CH-4 در سال 1980 تاسیس شد و 80286 تراشه تولید کرده است. این کارخانه اکنون مکانی برای بسته بندی پیشرفته چیپلت ها یا تجمیع چیپلت ها برای تبدیل آنها به پردازنده های بزرگتر است. فناوری بسته‌بندی پیشرفته، برگ برنده طلایی اینتل برای متمایز کردن برند از رقبای تراشه‌های خود در سال‌های آینده است.

ایستگاه بازرسی کارخانه اینتل

ویفرهای سیلیکونی در طول فرآیند ساخت تراشه، که سه ماه طول می کشد، صدها مرحله تولید را طی می کنند و در طی آن به طور مداوم ارزیابی و آزمایش می شوند. بیشتر مراحل تست و تست این قطعات به صورت خودکار انجام می شود. اما در ایستگاه بازرسی نهایی، نیروی انسانی ویفرها را نیز به دقت بررسی می کند. ویفر به رنگ بنفش است و ویفر سبز پس از مشاهده انسان از طریق عدسی چشم دور انداخته می شود.