Зміст:
Відео: How a CPU is made (Вересень 2024)
Мені завжди захоплено дізнатися про те, що насправді потрібно зробити пристроями, які ми приймаємо як належне, і жоден процес, про який я знаю, не є таким складним, складним або важливим, як створення процесорів, що живлять телефони, ПК та сервери. які ведуть наше повсякденне життя. Тож я скористався шансом відвідати провідну фабрику GlobalFoundries на Мальті, Нью-Йорк, щоб побачити, як розвивалося виробництво мікросхем за останні кілька років.
Це дивовижний процес - платформа включає понад 1400 вдосконалених інструментів для виготовлення чіпсів, з’єднаних разом, і виготовлення типової вафлі, що містить чіпи, може зайняти до шести місяців. Мене дуже вразила постійно зростаюча складність цього процесу та надзвичайна точність, яка потрібна для того, щоб зробити чіпси, які ми всі використовуємо.
Я раніше відвідував завод - відомий як Fab 8 - коли він будувався і коли він тільки почав випускати свої перші продукти: процесори, розроблені для 32-нм або 28 нм технологічних вузлів.
Рослина знаходиться в цікавому розташуванні: Кампус Лютера Лісо Технологія на Мальті, приблизно за півгодини на північ від Олбані. Протягом багатьох років штат Нью-Йорк наполягав на впровадженні більшої кількості технологій у регіоні, зусиллям, зокрема, підтримкою коледжів нанорозмірних наук та інженерії SUNY політехнічного інституту (CNSE) та нанотехнологічного комплексу Олбані, одного з найдосконаліших світових чіпів науково-дослідних установ, до складу яких входять представники GlobalFoundries, Samsung, IBM, багатьох дослідницьких університетів, а також всі провідні виробники інструментів для виготовлення мікросхем. AMD підписалася на будівництво заводу в комплексі; коли AMD розірвала свої операції з виготовлення мікросхем, щоб стати GlobalFoundries у 2009 році (тепер цілком належить інвестиційній компанії Абу-Дабі Мубадала), нова компанія побудувала завод.
Під час мого останнього візиту майже шість років тому перша фаза - яка включала в себе приміщення для очищення площею 210 000 квадратних футів для фактичного виготовлення - тільки почала працювати і починати виробництво, тоді як Фаза 2, додатково 90 000 квадратних футів, будувалася . На сайті було 1300 людей, але на той час виготовляли відносно мало продукції.
(Зображення від GlobalFoundries)
Сьогодні ці перші дві фази є єдиною чистою кімнатою 300 000 квадратних футів (шириною 300 футів на 1000 футів), а додаткова фаза 3 площею 160 000 квадратних футів також працює в повному обсязі. Я бачив багато активності, і багато кремнієвих вафель, наповнених чіпсами, виробляються.
Том Коулфілд, SVP та генеральний директор Fab 8, підкреслив, що GlobalFoundries інвестувала в штат Нью-Йорка набагато більше, ніж його первісне зобов'язання. Коли проект було вперше заплановано, компанія взяла на себе інвестиції в розмірі 3, 2 мільярда доларів і прямий кількість 1200 людей за щорічну заробітну плату в 72 мільйони доларів. Зараз, за його словами, компанія фактично інвестувала понад 12 мільярдів доларів і має близько 3 300 співробітників та щомісячну заробітну плату в розмірі 345 мільйонів доларів. І це навіть не рахує від 500 до 700 інших людей, які працюють у виробництві, але є працевлаштованими в інших організаціях, - зазначив він, таких як технічні працівники, які працюють у виробників інструментів, таких як ASML, прикладні матеріали або LAM Research.
GlobalFoundries також управляє тим, що зараз називає Fab 9 у Берлінгтоні, Вермонті та Fab 10 в Іст-Фішкіллі, Нью-Йорк, які є старими фабриками, які він придбав у IBM. Компанія також має великі фабрики в Дрездені, Німеччина, де вона працює над процесом кремнію на ізоляторі FDX; Ченду, Китай; і в Сінгапурі. Загалом компанія каже, що має понад 250 клієнтів.
Коулфілд заявив, що Fab є єдиним джерелом для процесорів Ryzen, графічних процесорів Radeon та мікросхем Epyc AMD, але також має десятки інших клієнтів.
GlobalFoundries - одна з чотирьох компаній, яка виробляє передові логічні фішки. Інші - Intel, яка в першу чергу робить чіпи для власного використання; Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp (TSMC), новаторська ливарна компанія, яка виготовляє чіпи для багатьох різних клієнтів і є основною конкуренцією GlobalFoundries; і Samsung, який робить трохи і того, і іншого.
Всередині заводу
Під час цього візиту я та кілька інших журналістів ознайомились із закладом та дізналися про те, як робляться фішки. Замість того, щоб почати з чистої кімнати, де чіпси фактично виготовляються, екскурсія розпочалася в «підфабриці», на величезній площі під чистою кімнатою, яка обробляє обладнання, необхідне для запуску інструментів, які роблять чіпси. Сюди входять електричні, механічні, водні та хімічні системи.
Джон Пейтер, старший директор відділу, який здійснив екскурсію по цій місцевості, пояснив, що весь сайт включає понад 70 000 одиниць обладнання, значна частина яких підтримує менші інструменти для виготовлення мікросхем в чистовій кімнаті. Майже всі ці інструменти потрібно охолодити, і всі вони краще працюють у передбачуваних температурах, за певних умов вологості та тиску, тому для контролю над довкіллям витрачаються значні зусилля. Це стає складнішим, оскільки інструменти постійно оновлюються, деякі переміщуються, а інші виходять із приміщення. Пейнтер пояснив, що загалом на обладнання, що підтримує, потрібно в шість разів більше місця, ніж для чистого приміщення.
Ми бачили ділянки, які обробляють охолоджену очищену воду, яку використовують у виробництві, та хімічні суспензії для таких речей, як полірування вафельних виробів. Фабрика має складні засоби моніторингу та контролю цих систем, які здатні вимірювати речі в частках на трильйон, щоб вони могли виявити будь-які витоки в системі - а також складну систему безпеки життєдіяльності. Субфабрик має стелю на 30 футів, а область Фази 2 включає антресоль, щоб полегшити техніку доступ до всього обладнання. Цей підлогу містить багато окремих областей з окремими одиницями обладнання (від складських приміщень для води та хімікатів до систем моніторингу), а милі трубопроводів з'єднують його з чистою кімнатою вгорі. Я зазначив, що значна частина трубопроводів насправді була подвоєна, з датчиками всередині труб, щоб виявити, чи є витік.
На місці також є ряд інших будівель, включаючи центральну підсобну будівлю з більшими котлами та чиллерами, системи сипучих відходів тощо.
В цілому фабрика використовує 80 мегават потужності, яка постачається подвійними лініями 150 000 вольт. Важливо, щоб потужність була безперервною, тому що будь-які зміни можуть порушити виробництво та, можливо, пошкодити вафельні вироби, які обробляються. Тому на об'єкті є резервна система ДБЖ, маховики та дизельний генератор.
Мене особливо зацікавила кількість місця, необхідного для нового обладнання EUV (про яке я розповім пізніше). Навіть у нижній підлозі це обладнання потребує масивної площі, включаючи власну мініатюрну чистову кімнату, де інструменти виробляють високоінтенсивне джерело лазерного світла, яке прогинається через підлогу до інструменту EUV у чистому приміщенні. Сама система EUV потребувала нових систем охолодження та електрики, а також надчистої води та спеціальних резервуарів та трубопроводів, що зменшують забруднення частинок.
Щоб ввести систему EUV в будівлю, основну камеру спочатку було запечатано. У стелю було встановлено 10-тонний кран, а потім в сторону будівлі прорізали отвір для того, щоб перемістити масивну нову систему всередину. Цьому процесу частково сприяла система комп'ютерного дизайну 3D, яка використовувала відскановані зображення, які фіксували розміщення наявного обладнання до рівня міліметра.
До чистої кімнати
(Зображення від GlobalFoundries)
Для того, щоб відвідати саму чистову кімнату, нам довелося одягнутись у «костюми зайчика» (див. Мою картинку вгорі цієї посади), покликану зменшити кількість частинок у зоні та ризик того, що така частинка може зірвати вафельні вироби обробка.
Одне, що я помітив, це те, що хоча на чистій підлозі чимало машин - понад 1400, за даними GlobalFoundries - не так вже й багато людей.
Крістофер Бельфі, головний інженер з виробничих операцій, який дав нам екскурсію по чистому приміщенню, пояснив, що мета - мати нульових операторів на підлозі. Єдині люди, яких ви бачите, або роблять установку, або обслуговують інструменти, сказав Белфі.
(Зображення від GlobalFoundries)
Замість технічних працівників, які переміщують вафлі від одного інструменту до іншого, вафлі переміщуються між інструментами за допомогою об'єднаних стручків переднього відкриття або FOUP, як вони їх називають, кожен з яких містить 25 пластин, і ви можете побачити ці переміщення накладними по всій чистій кімнаті. Загалом на відстані 14 миль рухається доріжка та зберігаються вафлі між інструментами, є 550 транспортних засобів. Вони також переміщують сітки (чіпові маски, які спрямовують світло для кожного шару виготовлення мікросхем) між центральним сховищем до інструментів, де вони будуть використовуватися. Це не зменшує кількість необхідних людей, сказав Белфі, оскільки інструменти все ще потрібно контролювати, але зменшує час і помилки. Він зазначив, що в будь-який момент десятки виробів знаходяться на різних стадіях виготовлення для декількох десятків покупців, і кожен продукт має свій набір сітчастих і свій специфічний процес, який використовує різні інструменти. Belfi назвав Fab 8 "найавтоматизованішою в світі". Звичайно, це також одна з найновіших.
Деяка частина камери має жовте світло, оскільки в один момент в історії виробничого процесу важливо було переконатися, що вафлі не піддаються нормальному освітленню. Однак сьогодні вафлі взагалі не піддаються впливу зовнішнього світла, тому це менш потрібно.
Для виготовлення вафельних виробів існує багато кроків, і кожен має свою зону чистої кімнати: імплантація (додавання іонів до кремнію), хімічна механічна планаризація або CMP (полірування пластини), дифузія, осадження тонкою плівкою, літографія та ін. офорт. Метрологічні інструменти, що використовуються для вимірювання особливостей мікросхем на кожному кроці по дорозі, розташовані по всьому пристрою.
Ми схильні говорити про літографію найбільше (мається на увазі використання світла для нанесення малюнка на пластину), оскільки саме це стало найскладнішим кроком за останні кілька років. Сучасна методика, яка передбачає використання світла 193 нм в рідині (відомий як іммерсійна літографія), вже не є достатньо тонкою, щоб створити найменші елементи в мікросхемі за один прохід, тому для вузлів, таких як 14 нм і 7 нм, кілька експозицій (іноді називаються подвійним малюнком або навіть квадратичним малюнком). Екстремальний ультрафіолет або EUV є більш складною альтернативою, але така, яка може знадобитися, якщо ми продовжуватимемо отримувати менші функції на мікросхемах, і GlobalFoundries знаходиться в процесі встановлення двох цих апаратів EUV з місцем для ще двох. (Я буду мати докладнішу інформацію в наступному дописі.) Оскільки це ще не готово, зараз усі чіпи, зроблені в GlobalFoundries (і справді всі комерційні чіпи, про які я знаю, зроблені де-небудь), виробляються з зануреною літографією. Але всі кроки є вирішальними, і будь-яка помилка на будь-якому кроці, ймовірно, зробить фішки на вафлі марними.
Загалом, поточний чіп може включати до 80 шарів і навіть більше кроків, коли вафлі проходять між різними етапами процесу, особливо, коли вони рухаються вперед і назад між літографією та травленням на кожному етапі багатошарового малювання (це може зайняти місяці для створення типового чіпа високого класу). Це захоплюючий процес, і я радий, що мені довелося побачити з перших вуст.
У наступному своєму дописі я зупинюся більше на обладнанні EUV, яке нещодавно було встановлено на заводі, а також на планах GlobalFoundries щодо майбутніх кроків у процесі створення чіпів.
Цікаво про вашу швидкість широкосмугового Інтернету? Протестуйте зараз!
