有些電晶體的規模超過50億個，這些電晶體比人類頭髮的寬度小10,000倍。它們是在一座巨大的超淨廠房的地板上製造的，這座廠房高達七層樓，長度相當於四個足球場。

微晶片在許多方面都是現代經濟的命脈。它們為電腦、智慧型手機、汽車、電器和許多其他電子產品提供動力。然而，疫情發生以來，全球對醫用口罩的需求激增，也導致口罩供應鏈中斷，全球出現短缺。

這反過來又加劇了通貨膨脹，並引起了美國民眾的警覺：美國正變得過於依賴海外製造的晶片。美國僅佔全球半導體製造產能的12%左右；這反過來又加劇了通貨膨脹，並引起了美國民眾的警覺：美國正變得過於依賴海外製造的晶片。美國僅佔全球半導體製造產能的12%左右； 

矽谷巨頭英特爾正試圖恢復其在晶片製造技術方面的長期領先地位。該公司投入20億美元，希望能幫助緩解晶片短缺。該公司正在亞利桑那州錢德勒的晶片製造中心建造兩家工廠，預計耗時三年完成。近日，該公司宣布了一項可能更大規模的擴張計劃，將在俄亥俄州新奧爾巴尼和德國馬格德堡建設新工廠。

為什麼製造數百萬個這樣的微小部件需要花費如此多的資金和精力？看看位於俄勒岡州錢德勒和希爾斯伯勒的英特爾製造工廠，你就能找到一些答案。

該晶片的作用是什麼？

1950年代末，晶片或積體電路開始取代體積龐大的單一電晶體。許多這樣的微小元件都是在一塊矽片上生產並連接在一起工作的。產生的晶片儲存資料、放大無線電訊號並執行其他操作；英特爾以各種微處理器而聞名，這些微處理器執行電腦的大部分運算功能。

英特爾已成功將其微處理器上的電晶體縮小到令人難以置信的尺寸。但競爭對手台積電可以生產較小的組件，這也是蘋果選擇台積電為其最新 iPhone 製造晶片的關鍵原因。

晶片是怎麼製造出來的？

一排排專用機器接收裝滿晶片的容器，這些晶片在這些系統內進出進行處理。

其中一台機器用於在製造晶片時蝕刻矽晶片上的材料。

晶片製造商在每片矽片上封裝越來越多的晶體管，這就是為什麼技術每年都在進步的原因。這就是為什麼新建晶片工廠耗資數十億美元，但很少有公司能夠負擔得起。

除了建造工廠、購買機器之外，企業還必須花費巨額資金開發複雜的加工步驟，並使用平板大小的矽片來製造晶片——這就是為什麼這些工廠被稱為「晶圓廠」。

巨大的機器在每個晶圓上設計晶片，然後沉積和蝕刻材料層以製造晶體管並將它們連接起來。在這些系統中，自動高架軌道上的特殊吊艙一次最多可運輸 25 片晶圓。

加工一塊晶圓需要經過數千個步驟，耗時長達兩個月。近年來，台積電在生產方面處於領先地位，並經營擁有四條或更多生產線的「超級晶圓廠」。市場研究公司 TechInsights 副董事長 Dan Hutcheson 估計，每家工廠每月可處理超過 100,000 萬片晶圓。他估計，英特爾計劃投資10億美元在亞利桑那州的兩家工廠，每月的產能約為40,000萬片晶圓。

晶片如何封裝？

用新技術堆疊晶片，然後封裝。

在封裝過程中，小的“晶片”將直接粘合到晶圓上。

經過加工後，晶圓被切成單獨的薄片。這些都經過測試，並用塑膠包裝包裹，並連接到電路板或系統的一部分。

這一步已經成為了一個新的戰場，因為將電晶體做得更小更困難。現在，公司正在堆疊多個晶片，或者將它們並排放置在一個封裝中以連接它們，就像矽晶片一樣。

如今，將少量晶片封裝在一起是一種常見的做法，而英特爾開發出一種先進的產品，利用新技術將47個獨立的晶片捆綁在一起，其中包括台積電等公司生產的一些晶片，以及英特爾工廠生產的晶片。

晶片工廠有何不同？

英特爾員工在俄勒岡州希爾斯伯勒英特爾園區的無塵室等待移動工具零件。

工人在潔淨室安裝自動物料處理系統。

大型管道排出英特爾希爾斯伯勒園區加工機器產生的氣體。

英特爾晶片的售價通常為數百至數千美元。例如，英特爾今年3月發布了其速度最快的桌上型電腦。微處理器，起價 739 美元。一粒看不見的塵埃，就能毀滅一個人。因此，晶圓廠必須比醫院手術室更清潔，並且需要複雜的系統來過濾空氣並調節溫度和濕度。微處理器，起價 739 美元。一粒看不見的塵埃，就能毀滅一個人。因此，晶圓廠必須比醫院手術室更清潔，並且需要複雜的系統來過濾空氣並調節溫度和濕度。

該晶圓廠還必須沒有任何可能導致昂貴設備故障的振動。因此，完美的潔淨室是建在一塊巨大的混凝土板上，並安裝在特製的避震器上。

同樣重要的是運輸大量液體和氣體的能力。英特爾的頂層工廠高約 70 英尺（21 公尺），配有巨大的風扇幫助空氣流通到正下方的無塵室。無塵室下方有數千台與生產設備相連的泵浦、變壓器、電源櫃、公用管道和冷卻器。

對水的需求

希爾斯伯勒的水處理廠。每天製造晶片需要消耗數百萬加侖的水。

英特爾希望與環保組織等機構合作，在2030年增加亞利桑那州的水供應量。 

希爾斯伯勒英特爾工廠的一座塔正在從水中去除氣體。

晶圓廠是一個耗水量很大的產業。這是因為在生產過程的許多階段都需要水來清潔晶圓。

英特爾在錢德勒的兩個工廠每天從當地公用事業部門取水約 11 萬加侖（約 42 萬公升）。英特爾未來的擴張將需要更多資金，這對亞利桑那州這樣遭受乾旱、削減農民供水量的州來說似乎是一個挑戰。但實際上農業消耗的水比晶片工廠多很多。

英特爾表示，其位於錢德勒的工廠依靠三條河流和一口井的供水，透過過濾系統、沉澱池等設備回收了約82%的淡水。這些水被送回城市，由英特爾資助的處理設施運營，並重新分配用於灌溉和其他非飲用水用途。

英特爾希望透過與環保組織等機構合作在當地社區開展節約和恢復水資源的項目，到2030年推動亞利桑那州和其他州的供水。

如何建造一座晶圓廠？

希爾斯伯勒的工人們搬運建築材料。

英特爾未來將在錢德勒建造的工廠之一。為了建造這些設施，英特爾將需要大約 5,000 名熟練的建築工人，工期為三年。

預計挖掘錢德勒兩家新工廠的地基將清除 890,000 萬立方碼的土壤。

錢德勒挖出的泥土將以每分鐘一輛自卸卡車的速度運走。

起重機在錢德勒工地搬運建築材料。除此之外，這些起重機還將為新廠吊運 55 噸重的冷水機組。

為了建造未來的工廠，英特爾將在三年內需要約5,000名熟練的建築工人。

他們有很多事情要做。英特爾建築總監丹·多倫表示，挖掘地基預計需要移走890,000萬立方碼（約680,000萬立方公尺）的泥土，這些泥土以每分鐘一輛自卸卡車的速度運走。

該公司預計將澆築超過445,000立方碼的混凝土，並使用100,000噸鋼筋作為基礎，比建造世界最高建築哈利法塔所使用的鋼筋還要多。

該公司預計將澆築超過445,000立方碼的混凝土，並使用100,000噸鋼筋作為基礎，比建造世界最高建築哈利法塔所使用的鋼筋還要多。

一年前出任英特爾執行長的派崔克·基辛格正在遊說美國國會為晶片工廠建設提供資金，並為設備投資提供稅收抵免。為了管理英特爾的支出風險，他計劃將重點放在建造晶圓廠「外殼」上，這些「外殼」可以配備相應的設備，以應對市場變化。

為了解決晶片短缺問題，基辛格將不得不實施生產其他公司設計的晶片的計劃。但公司能做的事情是有限的；手機、汽車等產品需要來自多家供應商的零件，還有舊晶片。在半導體領域，沒有一個國家能夠獨善其身。雖然推動國內製造業可以在一定程度上降低供應風險，但晶片產業仍將依賴複雜的全球企業網路來提供原料、生產設備、設計軟體、人才和專業製造。