Размер некоторых транзисторов превышает 50 миллиардов, и эти транзисторы в 10,000 XNUMX раз меньше ширины человеческого волоса. Они сделаны на полу огромного сверхчистого фабричного здания, высота которого может достигать семи этажей, а длина равна четырем футбольным полям.

Микрочипы во многих отношениях являются источником жизненной силы современной экономики. Они питают компьютеры, смартфоны, автомобили, электроприборы и многие другие электронные продукты. Однако после вспышки мировой спрос на них резко возрос, что также привело к нарушению цепочек поставок и глобальному дефициту.

Это, в свою очередь, усугубило инфляцию и вызвало тревогу у людей в Соединенных Штатах: Соединенные Штаты становятся слишком зависимыми от чипов, произведенных за рубежом. На Соединенные Штаты приходится всего около 12% мировых мощностей по производству полупроводников; Это, в свою очередь, усугубило инфляцию и вызвало тревогу у людей в Соединенных Штатах: Соединенные Штаты становятся слишком зависимыми от чипов, произведенных за рубежом. На Соединенные Штаты приходится всего около 12% мировых мощностей по производству полупроводников; 

Intel, гигант Кремниевой долины, пытается восстановить свою давнюю лидирующую позицию в области технологий производства чипов. Компания делает ставку в 20 миллиардов долларов, надеясь помочь решить проблему нехватки чипов. Компания строит два завода в своем центре по производству микросхем в Чандлере, штат Аризона, на строительство которых уйдет три года. Недавно компания объявила о возможном более масштабном плане расширения, в рамках которого будут построены новые заводы в Нью-Олбани, штат Огайо, и Магдебурге, Германия.

Почему производство миллионов этих крошечных деталей требует так много усилий и затрат? Взгляните на заводы Intel в Чандлере и Хиллсборо, штат Орегон, и вы сможете найти ответы на некоторые вопросы.

Какова функция чипа?

Чип или интегральная схема начали заменять громоздкие одиночные транзисторы в конце 1950-х годов. Многие из этих крошечных компонентов изготовлены на кусочке кремния и соединены вместе для работы. Сгенерированный чип хранит данные, усиливает радиосигналы и выполняет другие операции; Intel славится всевозможными микропроцессорами, которые выполняют большую часть вычислительных функций компьютеров.

Intel успешно уменьшила транзистор своего микропроцессора до невероятных размеров. Но конкурирующая компания TSMC может производить компоненты меньшего размера, и это основная причина, по которой Apple выбрала TSMC для производства чипов для своего последнего iPhone.

Как сделан чип?

Ряды специализированных машин получают контейнеры с чипсами, которые перемещаются в эти системы и из них для обработки.

Одна из машин используется для травления материалов кремниевых пластин при производстве чипов.

Производители чипов помещают все больше и больше транзисторов в каждый кусок кремния, поэтому технология с каждым годом совершенствуется. Вот почему новый завод по производству чипов стоит миллиарды долларов, но немногие компании могут себе это позволить.

Помимо строительства заводов и приобретения оборудования, компаниям приходится тратить огромные суммы денег на разработку сложных этапов обработки и использование плоских кремниевых пластин для производства чипов — вот почему эти заводы называются «фабриками».

Огромные машины проектируют чипы на каждой пластине, затем наносят и травят слои материала, чтобы сделать транзисторы и соединить их. В этих системах одновременно можно транспортировать до 25 пластин в специальной капсуле на автоматическом эстакаде.

Обработка пластины требует тысяч шагов, до двух месяцев. В последние годы TSMC задала темп производству и управляет «гигафабриками» с четырьмя или более производственными линиями. Дэн Хатчесон, вице-председатель исследовательской компании TechInsights, оценивает, что каждая фабрика может обрабатывать более 100,000 10 пластин в месяц. По его оценкам, два завода Intel в Аризоне, в которые планировалось инвестировать 40,000 миллиардов долларов, имели ежемесячную производственную мощность около XNUMX XNUMX пластин.

Как упаковать чип?

Упакуйте чипы с помощью новой технологии, а затем упакуйте их.

В процессе упаковки небольшие «чипсы» прикрепляются непосредственно к пластине.

После обработки вафлю разрезают на отдельные ломтики. Они проверяются, упаковываются в пластиковую упаковку и подключаются к монтажной плате или части системы.

Этот шаг стал новым полем битвы, поскольку сделать транзисторы меньшего размера становится сложнее. Теперь компании складывают несколько чипов друг в друга или размещают их рядом в одном корпусе, чтобы соединить их, как кремниевый чип.

В настоящее время обычной практикой является упаковка небольшого количества микросхем вместе, и Intel разработала усовершенствованный продукт, в котором используется новая технология для объединения 47 независимых чипов вместе, включая некоторые чипы, произведенные TSMC и другими компаниями, а также чипы, произведенные в США. Заводы Интел.

Чем отличается фабрика чипов?

Сотрудники Intel ждут движущихся деталей инструментов в чистой комнате кампуса Intel в Хиллсборо, штат Орегон.

Рабочие устанавливают автоматическую систему погрузки-разгрузки материалов в чистом помещении.

Большие трубы выхлопных газов из обрабатывающих машин в кампусе Intel в Хиллсборо.

Чипы Intel обычно продаются по цене от сотен до тысяч долларов. Например, в марте этого года Intel выпустила свой самый быстрый настольный компьютер.Микропроцессор от 739 долларов. Кусочек невидимой пыли может погубить человека. Поэтому фабрики должны быть чище, чем операционные в больницах, и нужны сложные системы для фильтрации воздуха и регулирования температуры и влажности. Микропроцессор от 739 долларов. Кусочек невидимой пыли может погубить человека. Поэтому фабрики должны быть чище, чем операционные в больницах, и необходимы сложные системы для фильтрации воздуха и регулирования температуры и влажности.

Фабрика также не должна подвергаться какой-либо вибрации, которая может привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования. Поэтому идеальная чистая комната построена на огромной бетонной плите и установлена ​​на специальном амортизаторе.

Не менее важна способность перемещать большие объемы жидкостей и газов. Верхняя фабрика Intel имеет высоту около 70 футов (21 метр) и оснащена огромными вентиляторами, которые помогают воздуху циркулировать в чистом помещении, расположенном прямо под ним. Под чистой комнатой расположены тысячи насосов, трансформаторов, силовых шкафов, инженерных труб и охладителей, подключенных к производственному оборудованию.

Потребность в воде

Водоочистная станция в Хиллсборо. Для производства чипсов каждый день требуются миллионы галлонов воды.

Intel надеется сотрудничать с экологическими организациями и другими организациями, чтобы увеличить водоснабжение в Аризоне к 2030 году. 

Башня на заводе Intel в Хиллсборо удаляет газ из воды.

Вафельная фабрика – водоемкое предприятие. Это связано с тем, что вода необходима для очистки пластины на многих этапах производственного процесса.

Два объекта Intel в Чандлере ежедневно потребляют около 11 миллионов галлонов (около 42 миллионов литров) воды из местных коммунальных предприятий. Будущее расширение Intel потребует больше средств, что, похоже, является проблемой для такого пострадавшего от засухи штата, как Аризона, который сократил подачу воды фермерам. Но сельское хозяйство на самом деле потребляет гораздо больше воды, чем завод по производству чипов.

Intel заявила, что ее объект в Чандлере опирается на питание трех рек и одной скважины и восстанавливает около 82% пресной воды с помощью системы фильтрации, отстойника и другого оборудования. Вода была отправлена ​​обратно в город, который управлял очистными сооружениями, финансируемыми Intel, и перераспределял ее для орошения и других непитьевых нужд.

Intel надеется улучшить водоснабжение в Аризоне и других штатах к 2030 году посредством сотрудничества с природоохранными организациями и другими организациями по проектам экономии и восстановления водных ресурсов в местных сообществах.

Как построить фабрику?

Рабочие в Хиллсборо несут строительные материалы.

Один из будущих заводов Intel в Чандлере. Для строительства своих объектов Intel потребуется около 5,000 квалифицированных строителей в течение трех лет.

Ожидается, что в ходе раскопок фундамента двух новых заводов в Чандлере будет удалено 890,000 XNUMX кубических ярдов почвы.

Чендлер. Выкопанный грунт будет увозиться со скоростью самосвала каждую минуту.

Краны перевозят строительные материалы на объекте в Чандлере. Помимо прочего, эти краны поднимут для нового завода 55 тонн чиллеров.

Для строительства будущего завода Intel потребуется около 5,000 квалифицированных строителей в течение трех лет.

У них много дел. Дэн Дорон, директор по строительству компании Intel, сообщил, что при рытье фундамента, как ожидается, будет удалено 890,000 680,000 кубических ярдов (около XNUMX XNUMX кубических метров) грунта, который вывозится со скоростью один самосвал в минуту.

Компания планирует залить более 445,000 100,000 кубических метров бетона и использовать в качестве фундамента XNUMX XNUMX тонн стальных стержней, что больше, чем стальных стержней, использованных для строительства Бурдж-Халифа, самого высокого здания в мире.

Компания планирует залить более 445,000 100,000 кубических метров бетона и использовать в качестве фундамента XNUMX XNUMX тонн стальных стержней, что больше, чем стальных стержней, использованных для строительства Бурдж-Халифа, самого высокого здания в мире.

Патрик Гелсингер, который год назад стал генеральным директором Intel, лоббирует в Конгрессе США выделение средств на строительство завода по производству микросхем и налоговые льготы на инвестиции в оборудование. Чтобы управлять риском расходов Intel, он планирует сосредоточиться на строительстве заводов-«оболочек», которые можно будет оснастить соответствующим оборудованием, чтобы справиться с изменениями рынка.

Чтобы решить проблему нехватки чипов, Гелсингеру придется реализовать свой план по производству чипов, разработанных другими компаниями. Но компания может сделать очень многое; Для таких продуктов, как мобильные телефоны и автомобили, нужны детали от многих поставщиков, а также старые чипы. В области полупроводников ни одна страна не может быть застрахована. Хотя развитие отечественной обрабатывающей промышленности может в некоторой степени снизить риск поставок, индустрия микросхем будет продолжать полагаться на сложную глобальную сеть предприятий, обеспечивающую сырьем, производственным оборудованием, программным обеспечением для проектирования, талантами и профессиональным производством.