یکی از پیشرفته ترین کارخانه های جهان را بررسی کنید. پردازنده اینتل چگونه ساخته می شود؟

آیا طراحی کارخانه های تولید تراشه های اینتل و اجزای آن را می شناسید؟ در این مطلب از یکی از کارخانه های این شرکت به نام Fab 42 که یکی از مجهزترین کارخانه های تولید تراشه در دنیا می باشد بازدید می کنیم و نحوه ساخت ریزپردازنده های اینتل را در این کارخانه مشاهده می کنیم.

کارخانه Fab 42 در یکی از پردیس های جدید اینتل، پردیس Ocatilo در چندلر، آریزونا 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 سایت ساخته می شوند، بنابراین این شرکت 3000 کارمند جدید استخدام می کند.

پردازنده سرور Sapphire Rapids

پردازنده سرور Sapphire Rapids قرار است در سال 2022 با تراشه سرور Xeon اینتل عرضه شود. این تراشه از چهار چیپ ست با 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 طراحی شده است.

ویفر تراشه آزمایشی Meteor Lake

در این مرحله، سطح ویفر 300 میلی‌متری با صدها تراشه آزمایشی Meteor Lake پوشیده شده است. در این مرحله، لایه بالایی چیپست طی فرآیندی به نام رنگرزی به لایه پایه متصل می شود و پس از آن ویفر به پردازنده های جداگانه تقسیم می شود (مانند زمانی که چیزی بریده می شود).

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 با پیکربندی نشان داده شده در تصویر بالا 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. چیپلت ها دارای فضاهای مستطیل شکل باریکی هستند 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 Ponte Vecchio

پردازنده Ponte Vecchio اینتل زاییده ابررایانه Aurora وزارت انرژی ایالات متحده در سال 2022 خواهد بود. اینتل توسعه این پردازنده را در آزمایشگاه ملی آرگون به تعویق انداخته است. اما برعکس، ادعا می کند که حداکثر کارایی آن در مقایسه با زمانی که طراحی می شد دو برابر شده است.

تراشه پردازنده Ponte Vecchio

پردازنده Intel Ponte Vecchio به معنای واقعی کلمه یک جزء فنی است. زیرا 47 قطعه مختلف سیلیکون را ترکیب می کند. هر چیپلت با کانکتورهای EMIB در یک طرف به دقت به یکدیگر متصل می شود و طرف دیگر توسط کانکتورهای Intel Foveros به سمت بیرون کشیده شده و از طرف دیگر به سمت بالا کشیده می شود. فووروس توانایی های اینتل را در فناوری بسته بندی نشان می دهد. اینتل به فناوری رقیب خود TSMC برای ساخت واحدهای GPU در مرکز 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 Foveros برای استفاده از چیپلت به عنوان پشته در یک پردازنده کامل استفاده می کند. تجهیزات آزمایش Meteor Lake فناوری Foveros برای اطمینان از عدم وجود مشکل در تنظیم یا تراز یا اتصال الکتریکی استفاده می شود.

تراشه‌های سفیر سریع اینتل

لوله‌های با روکش پلاستیکی با چیپ‌لت‌ها از یک کارخانه اینتل به اورگان منتقل می‌شوند و در تجهیزات ساخت تراشه CH-4 قرار می‌گیرند. این دستگاه هر جزء سیلیکونی را تغییر می دهد تا یک پردازنده بزرگتر ایجاد کند.

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 طور جداگانه به لایه پایه ویفر که در زیر آنها قرار دارد متصل می شوند. این تراشه در سال 2023 برای رایانه های شخصی عرضه می شود. این تراشه های آزمایشی برای ارزیابی عملکرد فناوری بسته بندی اینتل استفاده می شوند، نه برای ارزیابی پردازنده تکمیل شده.

تست های فناوری بسته بندی روی تراشه Matter Lake استفاده می شود

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 چندین چیپلت با مزیت فناوری بسته بندی Foweros در یک تراشه بزرگتر ترکیب شده اند. این فناوری اتصال، چیپ‌لت‌ها را در یک پشته عمودی کنار هم نگه می‌دارد 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 به هم پیوسته را تشکیل دهند.

سایت های ساخت و ساز کارخانه های Intel Fab 52 و Fab 62

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

تابلوهای خیابان اینتل در Fab 42

نامه هایی از اینتل استریت ساینز، صنعت تراشه در Fab 42 در پردیس Ocatilo نزدیک فینیکس، مانند Wafer Way، Angstrom Avenue، Cleanroom Corner، Transistor Terrace، Parkway Processor Parkway، Silicon Street و Tick-tock Trail.

پوشش های 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 هایی در یک پوشش یک تکه به نام FOUP برای انتقال ویفرهای سیلیکونی از یک قسمت از خط تولید کارخانه به قسمت دیگر استفاده می شود. در تصویر بالا دو FOUP نصب شده در جلوی ماژول تجهیزات تراشه سازی را مشاهده می کنید.

سیستم انتقال تراشه کاهگل

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 پوشش پلاستیکی استفاده می‌شود.

پردازنده اینتل Ponte Vecchio

در تصویر بالا چهار پردازنده Intel Ponte VQU را مشاهده می کنید که بر اساس استانداردهای تراشه یک تراشه بسیار بزرگ است. هر یک از این پردازنده ها حاوی ده ها تراشه به هم پیوسته با مجموع یک میلیارد ترانزیستور است. ترانزیستور جزء اصلی پردازشگر داده در پردازنده است.

تراشه های تجربی دریاچه میثیر

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

اولین قدم در یک اتاق تمیز: دستکش

با ورود به اتاق تمیز، کارگران کارخانه به سرعت دو جفت دستکش را از دیواره دستکش جدا می کنند و به سرعت می پوشند. دستکش هایی که در اولین دستکش پوشیده می شوند به اندازه کافی بلند هستند تا به طور کامل از کارمند محافظت کنند.

کارخانه Fab 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 ساخت کارخانه های Fab 52 و Fab 62 را آغاز کرده است که در سال 2024 شروع به کار خواهند کرد.

FOUB در Fab Factory 42

پشته های ویفر سیلیکونی از یک بخش از خط تولید به قسمت دیگر در بسته بندی پلاستیکی کارخانه Fab 42 به نام FOUB منتقل می شود. برای تکمیل، تراشه باید صدها مرحله مختلف تولید را تکمیل کند.

زیرساخت فاب 42

کارخانه Fab 42 دارای زیرساخت های پیشرفته با اجزای مختلف برای ایجاد یک تراشه کامل و بی عیب و نقص از جمله واحد منبع تغذیه، سیستم حذف آلودگی آب و ذرات اضافی و سیستم خنک کننده با جریان هوا می باشد. کارخانه تراشه برای کار روزانه 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 راه هایی است تا آبی که به حوضه آبخیز جنوبی آریزونا بازمی گردد بیشتر از آب مورد استفاده کارخانه هایش باشد.

تجهیزات لایه برداری Fab 42 اینتل

یکی از مراحل تولید تراشه در Fab 42 مرحله لایه برداری است که در آن تجهیزات لایه برداری لایه ای از مواد ویفر سیلیکونی را حذف می کنند.

تجهیزات ذخیره سازی بخار شیمیایی

برای قرار دادن مواد مختلف در تراشه های سیلیکونی مراحل مختلفی باید انجام شود. ویفرها ابتدا با پرتوهای دارای الگوی نور در تماس هستند تا سطح خود را تغییر دهند. 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 ای از مواد به سطح ویفر است.

تجهیزات نظافتی Fab 42

پاکسازی شیمیایی مرحله ای است که در فرآیند فرآوری ویفرها و قرار دادن آنها در داخل تراشه بارها تکرار می شود و مهمترین و ضروری ترین مرحله محصول می باشد. در این قسمت از فرآیند ساخت، پس از پر شدن ویفرهای سیلیکونی، روکش های پلاستیکی با هم به تجهیزات نظافتی فرستاده می شوند.

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 پیشرفته چیپلت ها یا تبدیل چیپلت ها با هم 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

در طول فرآیند ساخت تراشه، ویفرهای سیلیکونی صدها مرحله تولید را طی می‌کنند که تا سه ماه طول می‌کشد و در طی آن به طور مداوم ارزیابی و آزمایش می‌شوند. اکثر تست ها و تست های این قطعات به صورت خودکار انجام می شود. اما نیروی انسانی در ایستگاه بازرسی نهایی نیز ویفرها را موشکافی می کند. ویفر بنفش است و ویفر سبز پس از بررسی توسط عدسی چشم انسان دور انداخته می شود.