Bên trong nhà máy chip 7 tỷ USD của Intel

Nhà máy Fab 42 của Intel hoạt động từ năm 2020 sau nhiều năm xây dựng với chi phí 7 tỷ USD. Đây là một trong những cơ sở bán dẫn tiên tiến nhất thế giới hiện nay.

Ảnh chụp bộ xử lý máy chủ Sapphire Rapids, dự kiến được Intel xuất xưởng vào năm 2022 dưới thương hiệu Xeon. Bộ xử lý gồm 4 chiplet lớn dành cho chip chính và 4 module bộ nhớ băng thông cao (các hình vuông nhỏ) để lưu dữ liệu.

Bảng mạch chip chứa những module nhỏ gọi là chiplet. Các chiplet được liên kết bằng công nghệ cầu nối EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) tốc độ cao, hứa hẹn giúp Intel cạnh tranh với những đối thủ như TSMC hay Samsung.

Tấm bán dẫn (wafer) 300 mm chứa hàng trăm con chip Meteor Lake bản thử nghiệm. Thông qua kỹ thuật có tên dicing, tấm wafer sẽ được cắt thành những chip riêng biệt.

Bộ xử lý Ponte Vecchio dự kiến được Intel xuất xưởng vào năm 2022 dành cho siêu máy tính Aurora của Bộ Năng lượng Mỹ. Aurora được phát triển từ năm 2015, dự kiến hoàn thành và sử dụng tại phòng thí nghiệm Argonne, Chicago (Mỹ) vào 2021 nhưng bị hoãn do chậm trễ từ Intel trong quá trình phát triển chip 7 nm. Cỗ máy này có thể thực hiện 1 tỷ tỷ phép tính mỗi giây.

Chiplet của Ponte Vecchio gồm 47 module xử lý hoạt động riêng biệt, sử dụng cầu nối EMIB tốc độ cao và công nghệ xếp chồng Intel Foveros. Theo CNET, Intel đã hợp tác với đối thủ TSMC để phát triển chip đồ họa cho Ponte Vecchio.

Trong khi đó, chip xử lý Meteor Lake, dự kiến ra mắt năm 2023 cho máy tính với công nghệ xếp chồng Intel Foveros thế hệ 2. Hình ảnh cho thấy chip được gắn vào thiết bị thử nghiệm, dùng để kiểm tra tính ổn định của công nghệ Foveros.

Những chip Meteor Lake trên tấm wafer 300 mm. Theo CNET, công nghệ Foveros 3D giúp xếp chồng các module để tiết kiệm không gian, tạo ra chip với hiệu năng cao và thiết kế linh hoạt.

Những module cho chip Sapphire Rapids được đưa vào thiết bị sản xuất của Intel tại cơ sở CH-4 ở Oregon (Mỹ), sau đó ghép vào chiplet để tạo ra bộ xử lý hoàn chỉnh.

Nhà máy Fab 42 của Intel đặt tại Arizona, liên kết với nhà máy Fab 12, 22 và 32. Đến năm 2024, cơ sở của Intel tại Arizona sẽ có thêm 2 nhà máy Fab 52 và Fab 62. Trong ảnh là khu đất dành cho 2 nhà máy đang xây dựng, chi phí mỗi nhà máy là 10 tỷ USD.

Bảng chỉ dẫn của Intel tại nhà máy Fab 42, được đặt tên theo các quy trình sản xuất chip như Wafer Way (đường Wafer), Angstrom Avenue (đại lộ Angstrom), Cleanroom Corner (góc phố Cleanroom), Silicon Street (đường Silicon)…

Để đảm bảo độ sạch sẽ, chip xử lý được đặt trong FOUP (Front Opening Unified Pod), hộp nhựa chuyên dùng để di chuyển wafer giữa các quy trình sản xuất. Phía trên nhà máy là hệ thống vận chuyển FOUP.

Bộ xử lý Ponte Vecchio có kích thước rất lớn so với tiêu chuẩn hiện nay. Mỗi bộ xử lý chứa hàng chục chiplet liên kết với nhau, gồm hơn một tỷ bóng bán dẫn.

Những thiết bị trong dây chuyền sản xuất chip xử lý của Intel, gồm máy loại bỏ lớp vật liệu khỏi bề mặt silicon của wafer, thiết bị lắng đọng hơi hóa học và máy làm sạch wafer bằng hóa chất.

Cơ sở CH-4 được Intel xây dựng năm 1980 để sản xuất chip 80286. Hiện tại, cơ sở này dùng cho bước đóng gói, ghép những chiplet lên bảng mạch để tạo ra bộ xử lý hoàn chỉnh.

Dù hoạt động 24/7, Intel phải mất khoảng 3 tháng để sản xuất hoàn chỉnh những con chip silicon. Mỗi con chip trải qua hàng trăm bước sản xuất, đo đạc và kiểm tra khác nhau. Hầu hết quy trình kiểm tra diễn ra tự động, nhưng cũng có một số nhân viên để quản lý.