Sommige transistors zijn meer dan 50 miljard groot, en deze transistors zijn 10,000 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar. Ze worden gemaakt op de vloer van een enorm superschoon fabrieksgebouw, dat wel zeven verdiepingen hoog kan worden en de lengte gelijk is aan vier voetbalvelden.

Microchips zijn in veel opzichten het levensbloed van de moderne economie. Ze voeden computers, smartphones, auto's, elektrische apparaten en vele andere elektronische producten. Sinds de uitbraak is de vraag in de wereld ernaar echter enorm gestegen, wat ook heeft geleid tot verstoring van de toeleveringsketen en een mondiaal tekort.

Dit heeft op zijn beurt de inflatie verergerd en de ongerustheid van mensen in de Verenigde Staten aangewakkerd: de Verenigde Staten worden te afhankelijk van chips die in het buitenland worden gemaakt. De Verenigde Staten zijn goed voor slechts ongeveer 12% van de wereldwijde productiecapaciteit van halfgeleiders; Dit heeft op zijn beurt de inflatie verergerd en de ongerustheid van mensen in de Verenigde Staten aangewakkerd: de Verenigde Staten worden te afhankelijk van chips die in het buitenland worden gemaakt. De Verenigde Staten zijn goed voor slechts ongeveer 12% van de wereldwijde productiecapaciteit van halfgeleiders; 

Intel, de gigant uit Silicon Valley, probeert zijn leidende positie op de lange termijn op het gebied van chipproductietechnologie te herstellen. Het bedrijf zet $20 miljard in, in de hoop het tekort aan chips te helpen verlichten. Het bedrijf bouwt twee fabrieken in zijn chipproductiecentrum in Chandler, Arizona, wat drie jaar zal duren. Onlangs heeft het bedrijf een mogelijk groter uitbreidingsplan aangekondigd, waarbij nieuwe fabrieken zullen worden gebouwd in New Albany, Ohio en Maagdenburg, Duitsland.

Waarom betekent de productie van miljoenen van deze kleine onderdelen zoveel om te bouwen en uit te geven? Kijk eens naar de Intel-fabrieken in Chandler en Hillsborough, Oregon, en je kunt enkele antwoorden vinden.

Wat is de functie van de chip?

Chip of geïntegreerde schakeling begon eind jaren vijftig de omvangrijke enkele transistor te vervangen. Veel van deze kleine componenten worden op een stuk silicium geproduceerd en met elkaar verbonden om te werken. De gegenereerde chip slaat gegevens op, versterkt radiosignalen en voert andere bewerkingen uit; Intel staat bekend om allerlei soorten microprocessors, die de meeste computerfuncties van computers uitvoeren.

Intel heeft met succes de transistor op zijn microprocessor tot een ongelooflijke omvang teruggebracht. Maar rivaliserende TSMC kan kleinere componenten produceren, wat een belangrijke reden is waarom Apple TSMC koos om chips te produceren voor zijn nieuwste iPhone.

Hoe wordt de chip gemaakt?

Rijen speciale machines ontvangen containers vol chips, die voor verwerking in en uit deze systemen worden verplaatst.

Eén van de machines wordt gebruikt om materialen uit siliciumwafels te etsen bij de productie van chips.

Chipfabrikanten stoppen steeds meer transistors op elk stukje silicium, en daarom wordt de technologie elk jaar groter. Daarom kost de nieuwe chipfabriek miljarden dollars, maar weinig bedrijven kunnen het betalen.

Naast het bouwen van fabrieken en het kopen van machines, moeten bedrijven enorme sommen geld uitgeven aan het ontwikkelen van complexe verwerkingsstappen en het gebruiken van platte siliciumwafels om chips te maken - daarom worden deze fabrieken "fabs" genoemd.

Enorme machines ontwerpen chips op elke wafer en plaatsen en etsen vervolgens materiaallagen om transistors te maken en deze met elkaar te verbinden. In deze systemen kunnen maximaal 25 wafers tegelijk worden getransporteerd in een speciale pod op de automatisch verhoogde baan.

Het verwerken van een wafer vergt duizenden stappen, tot wel twee maanden. TSMC heeft de afgelopen jaren het tempo bepaald voor de productie en exploiteert "gigafabs" met vier of meer productielijnen. Dan Hutcheson, vice-voorzitter van marktonderzoeksbureau TechInsights, schat dat elke fabriek meer dan 100,000 wafels per maand kan verwerken. Hij schatte dat de twee fabrieken van Intel in Arizona, die van plan waren 10 miljard dollar te investeren, een maandelijkse productiecapaciteit hadden van ongeveer 40,000 wafers.

Hoe de chip te verpakken?

Stapel chips met nieuwe technologie en verpak ze vervolgens.

Tijdens het verpakkingsproces worden kleine "chiplets" rechtstreeks aan de wafer gehecht.

Na verwerking wordt de wafel in afzonderlijke plakjes gesneden. Deze worden getest, in plastic verpakt en aangesloten op een printplaat of een deel van het systeem.

Deze stap is een nieuw slagveld geworden, omdat het moeilijker is om transistors kleiner te maken. Nu stapelen bedrijven meerdere chips op elkaar, of plaatsen ze naast elkaar in een pakket om ze met elkaar te verbinden, net als een siliciumchip.

Tegenwoordig is het gebruikelijk om een ​​klein aantal chips samen te verpakken, en Intel heeft een geavanceerd product ontwikkeld dat nieuwe technologie gebruikt om 47 onafhankelijke chips samen te bundelen, waaronder enkele chips die zijn vervaardigd door TSMC en andere bedrijven, evenals chips die zijn geproduceerd in Intel-fabrieken.

Wat maakt de chipfabriek anders?

Intel-werknemers wachten op bewegende gereedschapsonderdelen in de cleanroom van de Intel-campus in Hillsborough, Oregon.

Werknemers installeren automatisch materiaalbehandelingssysteem in een cleanroom.

Grote pijpen blazen gas uit verwerkingsmachines op de campus van Intel Hillsborough.

Intel-chips worden doorgaans voor honderden tot duizenden dollars verkocht. Intel bracht bijvoorbeeld in maart van dit jaar zijn snelste desktopcomputer uit.Microprocessor, vanaf $ 739. Een stukje onzichtbaar stof kan een mens vernietigen. Daarom moeten fabrieken schoner zijn dan operatiekamers in ziekenhuizen, en zijn er complexe systemen nodig om de lucht te filteren en de temperatuur en vochtigheid te reguleren. Microprocessor, vanaf $ 739. Een stukje onzichtbaar stof kan een mens vernietigen. Daarom moeten fabrieken schoner zijn dan operatiekamers in ziekenhuizen, en zijn er complexe systemen nodig om de lucht te filteren en de temperatuur en vochtigheid te reguleren.

De fabriek moet ook vrij zijn van trillingen die dure apparatuurstoringen kunnen veroorzaken. Daarom wordt de perfecte cleanroom op een enorme betonplaat gebouwd en op een speciale schokdemper geïnstalleerd.

Even belangrijk is het vermogen om grote hoeveelheden vloeistoffen en gassen te verplaatsen. De topfabriek van Intel is ongeveer 70 meter hoog, met enorme ventilatoren die ervoor zorgen dat de lucht naar de schone ruimte direct daaronder circuleert. Onder de cleanroom bevinden zich duizenden pompen, transformatoren, stroomkasten, nutsleidingen en koelmachines die zijn aangesloten op productieapparatuur.

De behoefte aan water

Waterzuiveringsinstallatie in Hillsborough. Er zijn elke dag miljoenen liters water nodig om chips te maken.

Intel hoopt samen te werken met milieuorganisaties en andere organisaties om de watervoorziening in Arizona tegen 2030 te vergroten. 

Een toren in de Intel-fabriek in Hillsborough haalt gas uit water.

Wafelfabriek is een waterintensief bedrijf. Dit komt omdat er in veel fasen van het productieproces water nodig is om de wafer schoon te maken.

De twee locaties van Intel in Chandler onttrekken dagelijks ongeveer 11 miljoen gallons (ongeveer 42 miljoen liter) water aan lokale nutsvoorzieningen. Voor de toekomstige uitbreiding van Intel zal meer geld nodig zijn, wat een uitdaging lijkt te zijn voor een door droogte geteisterde staat als Arizona, die de toewijzing van water aan boeren heeft verlaagd. Maar de landbouw verbruikt eigenlijk veel meer water dan een frietfabriek.

Intel zei dat de locatie in Chandler afhankelijk was van de aanvoer van drie rivieren en één put, en dat ongeveer 82% van het zoete water werd teruggewonnen via een filtersysteem, een sedimentatietank en andere apparatuur. Het water werd teruggestuurd naar de stad, die door Intel gefinancierde zuiveringsfaciliteiten exploiteerde en het herverdeelde voor irrigatie en ander niet-drinkwatergebruik.

Intel hoopt de watervoorziening in Arizona en andere staten tegen 2030 te bevorderen door samen te werken met milieubeschermingsorganisaties en andere organisaties aan projecten om de watervoorraden in lokale gemeenschappen te redden en te herstellen.

Hoe bouw je een fantastisch?

Werknemers in Hillsborough dragen bouwmaterialen.

Een van Intel's toekomstige fabrieken in Chandler. Om zijn faciliteiten te bouwen heeft Intel gedurende drie jaar ongeveer 5,000 geschoolde bouwvakkers nodig.

Het uitgraven van de funderingen van twee nieuwe fabrieken in Chandler zal naar verwachting 890,000 kubieke meter grond verwijderen.

Chandler De uitgegraven grond wordt elke minuut met de snelheid van een kiepwagen afgevoerd.

Kranen verplaatsen bouwmaterialen op de locatie van Chandler. Deze kranen zullen onder meer 55 ton koelmachines voor de nieuwe fabriek hijsen.

Om de toekomstige fabriek te kunnen bouwen heeft Intel binnen drie jaar ongeveer 5,000 geschoolde bouwvakkers nodig.

Ze hebben veel dingen te doen. Dan Doron, bouwdirecteur van Intel, zei dat het graven van de fundering naar verwachting 890,000 kubieke meter (ongeveer 680,000 kubieke meter) grond zal verwijderen, die met een snelheid van één kiepwagen per minuut wordt afgevoerd.

Het bedrijf verwacht meer dan 445,000 kubieke meter beton te storten en 100,000 ton stalen staven als fundering te gebruiken, wat meer is dan de stalen staven die zijn gebruikt om de Burj Khalifa, het hoogste gebouw ter wereld, te bouwen.

Het bedrijf verwacht meer dan 445,000 kubieke meter beton te storten en 100,000 ton stalen staven als fundering te gebruiken, wat meer is dan de stalen staven die zijn gebruikt om de Burj Khalifa, het hoogste gebouw ter wereld, te bouwen.

Patrick Gelsinger, die een jaar geleden CEO van Intel werd, lobbyt bij het Amerikaanse Congres om geld te verstrekken voor de bouw van chipfabrieken en belastingvoordelen voor investeringen in apparatuur. Om het uitgavenrisico van Intel te beheersen, is hij van plan zich te concentreren op de constructie van 'shells' van fabrieken, die kunnen worden uitgerust met de juiste apparatuur om met marktveranderingen om te gaan.

Om het probleem van het chiptekort op te lossen, zal Gelsinger zijn plan moeten uitvoeren om chips te produceren die door andere bedrijven zijn ontworpen. Maar er is slechts zoveel dat een bedrijf kan doen; Producten als mobiele telefoons en auto's hebben onderdelen van veel leveranciers nodig, maar ook oude chips. Op het gebied van halfgeleiders kan geen enkel land immuun zijn. Hoewel het bevorderen van de binnenlandse productie-industrie het aanbodrisico tot op zekere hoogte kan verminderen, zal de chipindustrie blijven vertrouwen op een complex mondiaal bedrijfsnetwerk voor de levering van grondstoffen, productieapparatuur, ontwerpsoftware, talenten en professionele productie.