نگاهی دقیق تر به یکی از تولید کنندگان پیشرو در جهان بیندازید. اینتل چگونه پردازنده را ساخت؟

آیا ساختار کارخانه های تولید تراشه های اینتل را می شناسید و محصولات آنها چیست؟ در این مقاله قصد داریم به یکی از سازندگان این شرکت به نام Fab 42 که یکی از بزرگترین تولیدکنندگان تراشه در جهان است، سفر کنیم و به نحوه ساخت ریزپردازنده های اینتل در این کارخانه نگاه کنیم.

گوشه 42 در یکی از پردیس‌های جدید اینتل، پردیس Ocotillo در چندلر، آریزونا احداث شده است. این پردیس در مجاورت پردیس قدیمی اینتل در چندلر است که اینتل در مجموع 12000 کارمند دارد. البته تاسیسات تولید Fab 52 و Fab 62 اینتل نیز در همین مکان در حال ساخت است و به همین دلیل این شرکت 3000 کارمند جدید استخدام می کند.

پردازنده های سرور Sapphire Rapids

پردازنده سرور Sapphire Rapids قرار است در سال 2022 با تراشه سرور Xeon اینتل عرضه شود. این تراشه دارای چهار چیپست (مجموعه تراشه) به همراه موتور CPU و چهار ماژول حافظه ذخیره سازی با پهنای باند آسان است. همه دستگاه های متصل از فناوری Intel Multi-Die Interconnect Bridge (EMDIB) (یا Intel EMDIB) استفاده می کنند. این دستگاه بسته بندی برای رقابت با فناوری های مشابه ارائه شده توسط TSMC و سامسونگ طراحی شده است.

ویفر تراشه آزمایشی Meteor Lake

در این زمان، سطح ویفر 300 میلی متری با صدها تراشه آزمایشی Meteor Lake پوشیده شده است. در این مرحله، لایه بالایی چیپ‌ست‌ها طی فرآیندی که به آن dicing می‌گویند، به لایه پایه متصل می‌شود، سپس ویفر به پردازنده‌های نازک تقسیم می‌شود (یعنی وقتی چیزی خرد می‌شود).

ویفر Intel Sapphire Rapids

انتظار می رود تراشه سرور زنون Sapphire Rapids، اینتل در سال 2022 با چهار موتور پردازنده و چهار ماژول ذخیره سازی با پهنای باند بالا با پیکربندی نشان داده شده در شکل بالا توسعه یابد. در این تصویر ویفری را مشاهده می کنید که 8 تراشه روی آن قرار دارد و به هر تراشه چیپلت می گویند. یک شکاف باریک بین چیپلت ها وجود دارد که کانکتورهای EMIB برای اتصال چیپلت ها به یکدیگر هستند. اهمیت این دستگاه بسته بندی در صنعت تراشه در حال افزایش است.

پردازنده های Ponte Vecchio

پردازنده‌های Ponte Vecchio اینتل تا سال 2022 زاییده ابررایانه Aurora وزارت انرژی ایالات متحده خواهند بود. اینتل توسعه این فرآیند را در آزمایشگاه ملی آرگون به تعویق انداخته است. اما برعکس، او مدعی است که حداکثر عملکرد آن نسبت به زمانی که طراحی شده بود، دو برابر شده است.

تراشه های پردازنده Ponte Vecchio

پردازنده Intel Ponte Vecchio یک دستگاه یکپارچه است. زیرا 47 لایه نازک سیلیکون را با هم مخلوط می کند. هر چیپلت به دقت در کنار یکدیگر با یک کانکتور EMIB در یک طرف وصل شده و از طرف دیگر بیرون کشیده شده و از طریق کانکتورهای Intel Foveros به بیرون کشیده می شود. فووروس قابلیت های اینتل در فناوری بسته بندی را معرفی می کند. 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 ویژه رایانه شخصی که قرار است در سال 2023 تولید شود، از نسل دوم فناوری بسته بندی فووروس برای استفاده از چیپلت ها به صورت گروهی در طول فرآیند استفاده می کند. دستگاه‌های اندازه‌گیری Meteor Lake برای اطمینان از عملکرد کارآمد و بدون مشکل در تغییرات یا مونتاژها یا اتصالات الکتریکی استفاده می‌شود.

تراشه‌های سفیر سریع اینتل

لوله های با پوشش پلاستیکی حاوی تراشه ها از کارخانه اینتل به اورگان و در محصولات ساخت تراشه CH-4 با هواپیما منتقل می شوند. این دستگاه ها جایگزین هر ماده سیلیکونی برای ایجاد یک پردازنده بزرگتر می شوند.

تراشه های آزمایش دریاچه شهاب سنگ

تراشه های آزمایش Meteor Lake با دقت در کنار هم روی یک ویفر 300 میلی متری قرار گرفتند. برخی از تراشه های پردازنده به صورت جداگانه به لایه پایه ویفر که در زیر آنها قرار دارد متصل می شوند. این تراشه‌ها برای رایانه‌های شخصی در سال 2023 عرضه می‌شوند. این تراشه‌های آزمایشی برای اندازه‌گیری عملکرد سیستم‌های بسته‌بندی اینتل استفاده می‌شوند، نه برای اندازه‌گیری فرآیند تکمیل.

تجهیزات اندازه گیری بسته بندی بر روی تراشه Meteor Lake

همانطور که قبلا ذکر شد، تراشه های Meteor Lake تا سال 2023 در رایانه های شخصی استفاده خواهند شد. در این تراشه ها، بسیاری از چیپلت ها با مزایای فناوری بسته بندی Foveros در تراشه های بزرگتر ترکیب شده اند. این دستگاه های اتصال، چیپلت ها را در خطوط عمودی کنار هم قرار می دهند و با استفاده از یک داده اتصال سریع، آنها را به هم متصل می کنند. در بخشی از کارخانه، تراشه ها به طور جداگانه به لایه پایه ویفر در زیر آنها متصل می شوند تا تراشه های به هم پیوسته را تشکیل دهند.

محل ساخت کارخانه های Intel Fab 52 و Fab 62

اینتل همچنان از فضای بلااستفاده در مدرسه قدیمی 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 کارخانه 10 میلیارد دلار است و احتمالاً در سال 2024 شروع به کار خواهند کرد. انتظار می رود هر دو کارخانه 3000 کارمند جدید به اضافه 12000 نفر فعلی آریزونا اینتل تولید کنند.

علائم خیابانی اینتل در Fab 42

تابلوهای خیابان اینتل در بلوک 42 در پردیس Okotillo نزدیک فینیکس با اطلاعاتی در مورد مشاغل تراشه مانند Wafer Way، Angstrom Avenue، Cleanroom Corner، Transistor Terrace، Parkway Processor Parkway، Silicon Street و Tick-Tock Trail.

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

کارخانه های تولید تراشه اینتل به نام Fabs بسیار تمیز هستند. با این حال، تراشه های تک لایه به نام FOUP برای انتقال ویفرهای سیلیکونی از یک قسمت خط تولید به قسمت دیگر در کارخانه استفاده می شود. در تصویر بالا دو FOUP را مشاهده می کنید که در قسمت جلوی دستگاه تراشه پیکربندی شده اند.

سیستم سقف تعویض تراشه

دستگاه های تراشه سازی در کارخانه های تولیدی Fab، 12، 22، 32 و 42 به فرستنده های سقفی به طول چند کیلومتر متصل می شوند که برای انتقال پشته های ویفر سیلیکونی با استفاده از کیسه های پلاستیکی استفاده می شود.

پردازنده اینتل Ponte Vecchio

در تصویر بالا چهار پردازنده Intel Ponte VQU را مشاهده می کنید که تراشه های بسیار بزرگی از مدل تراشه هستند. هر یک از این فرآیندها شامل یک سری چیپلت است که در مجموع به هزار ترانزیستور متصل هستند. ترانزیستور هسته پردازشگر داده در پردازنده است.

تراشه های سیم کارت میثیر لیک

در تصویر بالا که نزدیک به تراشه های آزمایشی دریاچه میثیر است، تمامی چیپلت ها به وضوح قابل مشاهده هستند.

مرحله اول اتاق تمیز: دستکش

کارگران کارخانه بلافاصله پس از ورود به اتاق تمیز، دو دستکش را از روی دیواره دستکش برداشته و به سرعت آن ها را پوشیدند. در اولین دستکش به اندازه کافی برای محافظت از کارگران دستکش بپوشید.

کارخانه بخش 42 در چندلر، آریزونا

کارخانه Fab 42 یک کارخانه بزرگ واقع در چندلر، آریزونا است که با کارخانه های قدیمی Fab 12، Fab 22 و Fab 32 سر و کار دارد. اینتل همچنین تولید کارخانه های Fab 52 و Fab 62 را آغاز کرده است که در سال 2024 عملیاتی خواهند شد.

FOUB ها در Fab Factory 42

غلاف های پلاستیکی کارخانه Fab 42، به نام FOUB، توده های ویفر سیلیکونی را از یک بخش از خط تولید به بخش دیگر منتقل می کند. برای تکمیل صدها مرحله تولید به یک تراشه نیاز است.

زیرساخت فاب 42

کارخانه Fab 42 دارای یک فرآیند طراحی است که شامل انواع مواد برای ایجاد یک تراشه کامل و بدون درز می باشد، از جمله نیروی الکتریکی، سیستمی برای از بین بردن آلاینده ها و آلاینده ها، باقی مانده با آب و تهویه مطبوع با جریان هوا. کارخانه تراشه برای فعالیت روزانه خود به میلیون ها لیتر آب خالص نیاز دارد. روزانه بیش از 34 میلیون لیتر آب در پردیس Okotillo مصرف می شود. اینتل در حال کار بر روی راه‌هایی برای بازگرداندن رواناب به جنوب آریزونا نسبت به آب مورد استفاده سازندگانش است.

محصول لایه بردار Fab 42 اینتل

یکی از فرآیندهای تراشه توسعه یافته در Fab 42 مرحله لایه برداری است که در آن دستگاه لایه بردار لایه ای از مواد ویفر سیلیکونی را حذف می کند.

تجهیزات ذخیره سازی بخار

برای قرار دادن مواد مختلف در تراشه های سیلیکونی مراحل مختلفی باید انجام شود. ویفرها ابتدا در معرض یک منبع نور قرار می گیرند تا مکان خود را تغییر دهند. مواد به سطح ویفر اضافه می شود یا مواد از سطح جدا می شود. فرآیند شتاب بخار راهی برای افزودن لایه ای از مواد به سطح ویفر است.

ابزار تمیز کردن Fab 42

پاکسازی شیمیایی یکی از مراحلی است که در فرآیند ساخت ویفر و قرار دادن آن در چیپس بارها تکرار می شود و یکی از مهم ترین و ضروری ترین فرآیندهای ساخت می باشد. در این بخش از فرآیند تولید، کیسه‌های پلاستیکی که با ویفرهای سیلیکونی بسته‌بندی می‌شوند، به تجهیزات نظافت ارسال می‌شوند.

کارخانه اینتل CH-4 برای بسته بندی

کارخانه CH-4 در سال 1980 تاسیس شد و 80286 تراشه تولید کرد. این کارخانه اکنون مکانی برای بسته بندی تراشه ها یا اتصال تراشه ها به یکدیگر برای تبدیل آنها به فرآیندهای بزرگتر است. فناوری بسته بندی پیشرفته برگ برنده طلایی اینتل برای متمایز کردن رقبای تراشه های خود در سال آینده است.

ایستگاه مانیتورینگ کارخانه اینتل

ویفرهای سیلیکونی در طول تولید تراشه به صدها مرحله تولید می رسند که سه ماه طول می کشد و در این مدت دائما بررسی و آزمایش می شوند. بیشتر مراحل آزمایش و اندازه گیری این محصولات تکمیل شده است. اما در محل بازرسی نهایی کارکنان ویفرها را نیز به دقت بررسی می کنند. ویفر بنفش بود و ویفر سبز پس از معاینه انسانی با لنز چشم دور انداخته شد.