Uma olhada nas fábricas da Intel na Malásia

A recente nomeação de Pat Gelsinger pela Intel como seu novo CEO no início de 2021 sinalizou uma mudança significativa na direção estratégica da empresa. Essa mudança é incorporada pelo IDM 2.0, que coloca as capacidades de fabricação da Intel na vanguarda e enfatiza um foco além da produção de chips proprietários, mas também no fornecimento de soluções para clientes externos.

5 novos processos de produção em 4 anos: este é o ambicioso roteiro interno da Intel

A Intel está preparada para entrar na briga contra gigantes da indústria como a TSMC e a Samsung, retomando a produção de semicondutores fora da Ásia, atendendo assim melhor à sua clientela. Esta estratégia necessita de uma reestruturação significativa dentro da organização, acompanhada de despesas de capital substanciais para a melhoria das instalações existentes e o estabelecimento de novas fábricas.

À luz dos desenvolvimentos recentes, deverá ser dada especial atenção à próxima criação de uma unidade de produção de última geração em Magdeburgo, na Alemanha, prevista para entrar em funcionamento em 2027, com um custo estimado superior a 30 mil milhões de dólares. Este é apenas um exemplo dos ambiciosos planos de expansão da Intel na Europa, onde já estabeleceu presença através da sua unidade de produção irlandesa. Há especulações contínuas sobre a possibilidade de novos investimentos em Itália, concentrando-se especificamente nas operações de embalagem.

Wafer de 300 mm contendo matriz do processador Meteor Lake

A Intel possui várias instalações de produção para fabricação de wafers localizadas em vários países, incluindo Oregon, Arizona, Ohio, Irlanda e Israel. A empresa também deverá iniciar em breve a construção de suas mais recentes instalações na Alemanha. Além disso, realiza operações avançadas de embalagem em unidades no Novo México e na Malásia. Entretanto, as atividades de montagem e testes ocorrem principalmente na Costa Rica e no Vietname, bem como em Chengdu, na China e na Malásia, onde foram anunciados planos para uma nova sede global que será construída num futuro próximo.

Durante minhas viagens, tive a sorte de visitar uma das instalações de produção da Intel localizada nas cidades de Penang e Kulim, na Malásia. Esta instalação desempenha um papel fundamental no processo de produção de seus microprocessadores, abrangendo vários estágios que ocorrem após a criação do wafer de silício-o disco circular no qual residem os chips individuais e que apareceu em inúmeras fotografias capturadas em uma planta de produção.

A fabricação de semicondutores passa por vários estágios

Na percepção popular, as etapas acima mencionadas podem parecer insignificantes quando justapostas ao processo crítico de fabricação de wafers; no entanto, esta perspectiva não poderia estar mais longe da verdade. Mesmo a noção de que a fase de embalagem implicava apenas encerrar o produto acabado dentro de um recipiente de venda, como evidenciado pelo plano da Intel de estabelecer uma instalação italiana dedicada exclusivamente a tais esforços, foi sujeita a escrutínio e crítica através de vários meios de comunicação social.

Na verdade, vale a pena notar que os processos de embalagem dos produtos da Intel tornaram-se cada vez mais complexos, rivalizando até mesmo com o nível de complexidade envolvido na fabricação de wafers. Esses processos abrangem circuitos integrados produzidos através de diversas técnicas de fabricação e, em certos casos, incorporam componentes fornecidos pela Intel e por fundições externas. Tal grau de sofisticação deveria suscitar uma sensação de diversão ao contemplarmos os avanços alcançados até agora.

A Intel está presente na Malásia desde 1972, contando com uma força de trabalho atual de aproximadamente 15.000 funcionários. A empresa opera duas instalações em Penang e Kulim, onde ocorrem diversas atividades, como montagem e testes, classificação e preparação de matrizes e embalagem. Esses processos começam com um wafer de silício produzido em uma das fábricas da Intel e culminam na criação do produto final, seja ele um processador x86 tradicional, um acelerador ou uma GPU utilizada para aplicações de consumo e de data center. Sem dúvida, o trabalho realizado na Malásia desempenha um papel crucial na determinação do resultado de cada produto respectivo.

Além disso, a Intel fabrica todos os equipamentos utilizados para testar seus próprios produtos na Malásia. Na verdade, esses dispositivos são soluções personalizadas, criadas e refinadas ao longo de anos de desenvolvimento pela Intel. O objetivo é agilizar e aprimorar o processo de produção de componentes que serão posteriormente colocados à venda no mercado.

O wafer entra na fábrica

A fabricação de dispositivos semicondutores contemporâneos exige o estabelecimento de wafers em instalações especializadas. Esses discos, medindo 200 ou 300 milímetros de diâmetro, servem como substrato sobre o qual vários chips são construídos lado a lado. A quantidade de chips contidos em um único wafer varia com base em fatores como o tipo de transistor utilizado, a técnica de fabricação empregada e a área espacial geral ocupada por cada chip individual.

Wafers prontos para iniciar o processo de fabricação

Depois de construídos, os wafers são enviados para diversas instalações de fabricação, inclusive aquelas localizadas na Malásia, onde passam por processamento para se tornarem produtos acabados para nossos clientes. Após a chegada, os wafers são fixados em um filme adesivo Mylar fino usando um método específico que garante uma ligação forte sem exigir exposição à radiação ultravioleta. Esta decisão foi tomada devido aos potenciais efeitos negativos associados ao contato UV prolongado nos delicados materiais semicondutores. Durante todo o processo, são mantidos controles rigorosos para evitar qualquer exposição não intencional a raios UV prejudiciais. Como resultado, os chips individuais permanecem firmemente presos ao filme durante o transporte através de diversas estações dentro da instalação, permitindo um fluxo de produção suave e eficiente.

Wafers são discos de 200 mm ou 300 mm nos quais são encontrados muitos chips idênticos

O wafer acima mencionado compreende chips semicondutores que exibem atributos técnicos uniformes, tais como um processo de fabricação padronizado, uma contagem estabelecida de transistores resultando em um núcleo especificado e capacidade de cache. Embora seja evidente que cada chip incorporado no wafer compartilha propriedades idênticas, existe uma disparidade entre eles em relação à funcionalidade devido ao mau funcionamento dos transistores que impedem certos aspectos operacionais, como a redução da contagem de núcleos ativos ou a diminuição da capacidade geral do cache. Além disso, surgem variações nos níveis de desempenho, pois alguns chips podem operar em frequências de clock mais altas do que seus equivalentes.

A diversidade de tipos de processadores pode ser atribuída aos seus atributos compartilhados, como contagem de núcleos e recursos técnicos, embora diferindo em suas velocidades operacionais máximas. Essa variação permite a utilização ideal de wafers tanto pela Intel quanto por outros fabricantes de chips, resultando em uma maior quantidade de produtos funcionais. Através de rigorosos testes de fábrica, não só é garantida a funcionalidade, mas também a determinação das características finais e eventual aplicação destes componentes em soluções comercializáveis.

Corte de wafer para separar matrizes individuais

As matrizes são interligadas dentro do wafer, necessitando da execução do procedimento de separação das matrizes para obtenção de chips individuais. Isso envolve a utilização de um laser para cortar com precisão os wafers, seguido pelo emprego de lâminas revestidas de diamante para completar a tarefa de corte, ao mesmo tempo em que aplica um fluxo de água no local de corte para manter a temperatura do wafer e evitar que possíveis detritos se acumulem em sua superfície.

Sempre que possível, as operações são todas automatizadas

A execução deste processo envolve um dispositivo automático que mantém vigilância contínua para evitar quaisquer problemas que surjam durante o corte de cada matriz individual. Posteriormente, outra estação remove as matrizes individualmente e as coloca lado a lado em uma superfície, permitindo que avancem para a próxima etapa de processamento.

O indivíduo morre após ser cortado do wafer

casos como aqueles projetados para uso em dispositivos móveis necessitam de um ligeiro desbaste, uma vez que não serão fixados com um dissipador de calor superior e, em vez disso, farão contato físico com o mecanismo de resfriamento integrado do dispositivo eletrônico específico (seja um PC ou laptop ).

Cada chip é testado

Entende-se que cada wafer consiste em múltiplas matrizes, todas apresentando especificações técnicas uniformes. No entanto, observou-se que surgem certas discrepâncias devido à presença de elementos defeituosos ou ao aumento da capacidade operacional possibilitada pela alimentação adicional.

Uma das unidades de teste de chips dentro da fábrica

Os sistemas de testes internos recebem chips de sistemas autônomos que os movem de uma parte da fábrica para outra

A Intel emprega um sistema de testes proprietário para verificar os atributos de um microprocessador específico e determinar sua adequação para uma determinada aplicação. Este sistema consiste em vinte unidades de teste individuais alojadas nas instalações da empresa na Malásia, com inúmeras iterações destas unidades integradas ao longo do processo de fabricação.

Cada célula de teste individual funciona de forma autônoma, recebendo uma sequência de semicondutores dispensados ​​por braços automatizados que os recuperam de um repositório local, submetendo cada um a um exame minucioso isoladamente antes de devolvê-lo ao local designado com um inventário preciso de suas características, determinando assim a natureza do dispositivo eletrônico que pode ser fabricado com esses componentes.

Detalhe de um cartão de teste: dependendo do produto a ser testado ele é substituído por outros

A automação contínua de nossas instalações de fabricação garante que cada matriz passe por testes abrangentes sem qualquer interferência humana, além do monitoramento da operação adequada e da correção de erros. Nossa frota de Veículos de Orientação Automatizados (AGVs) navega autonomamente pela área de produção, coletando e entregando chips com eficiência entre unidades de teste e armazenamento de estoque, agilizando nossos processos para um desempenho ideal.

Longos corredores de sistemas de teste de chips totalmente automatizados

Depois de determinadas as características de cada matriz, elas são fixadas em rolos semelhantes aos utilizados na produção de filmes de cinema, com dois filmes posicionados acima e abaixo para fixá-los. Os rolos facilitam a movimentação através dos estágios subsequentes de fabricação até o transporte para uma instalação adjacente da Intel para montagem, situada a vários quilômetros de distância do local atual.

Uma vez cortados e testados, os cavacos são montados nestes rolos para transporte

A embalagem: não, não estamos falando de caixas

O avanço dos processadores contemporâneos deu origem a um aumento de itens manufaturados complexos, muitos dos quais incorporam múltiplos circuitos integrados em um único dispositivo. Tais circuitos podem ser fabricados em instalações separadas, por vezes por entidades distintas, empregando técnicas de produção variadas ao longo do tempo.

Alguns exemplos de produtos Intel com embalagens avançadas: Sapphire Rapids, Meteor Lake e Ponte Vecchio

A implementação da fase de embalagem avançada da Intel ocorre em suas instalações PG8 em Penang, onde eles combinam matrizes individuais em um substrato correspondente. A complexidade desse processo pode atingir níveis impressionantes, com até doze chips separados sendo montados em um único pacote, como a GPU Intel Ponte Vecchio projetada especificamente para processamento paralelo em data centers.

O empacotamento avançado é uma das fases de construção mais complexas de um chip moderno

Os chips são equipados com numerosos contatos que estabelecem uma conexão com a superfície de montagem. Essas minúsculas conexões físicas devem ser posicionadas com precisão para o funcionamento adequado do dispositivo. Para atingir esse nível de precisão, a Intel desenvolveu técnicas avançadas de empacotamento, como o Foveros, que foram utilizadas em vários produtos ao longo do tempo.

GPU Ponte Vecchio antes (direita) e depois (esquerda) de ser tratada com material epóxi

Uma vez que os chips individuais tenham sido montados no substrato e conectados, uma camada de resina epóxi é aplicada sobre a superfície para melhorar a integridade estrutural do produto final. Posteriormente, o dissipador de calor é fixado no lugar através da fixação de uma placa de metal que cobre a parte superior de cada chip e faz contato com todas as matrizes. Isto serve tanto para proteger as matrizes de fatores externos como para funcionar como uma camada intermediária interposta entre as matrizes e o mecanismo de resfriamento escolhido. No entanto, este procedimento geralmente não é aplicável a processadores projetados especificamente para uso em dispositivos móveis, tais como laptops, em que a matriz nua é exposta diretamente ao aparelho de resfriamento, diminuindo assim a profundidade geral do componente.

Processadores da família Meteor Lake prontos para serem testados

A utilização do TIM, ou Thermal Interface Material, em conjunto com um processo automático, serve para posicioná-lo entre a matriz e o dissipador de calor. Este material é comumente conhecido como pasta condutora térmica, que usuários ávidos frequentemente aplicam na superfície do dissipador de calor do processador antes de sua integração com o sistema de resfriamento de um computador desktop.

Finalmente um último teste

Após a conclusão da produção, cada matriz individual passa por testes rigorosos de acordo com nossos protocolos estabelecidos antes de ser cuidadosamente montada em seu substrato designado, imbuindo assim o produto acabado com uma sensação de vitalidade. Após o processo de embalagem, o produto final é submetido a outra rodada de testes minuciosos dentro dos limites do nosso Laboratório de Design e Desenvolvimento de última geração para fins de garantia de qualidade.

Arquivos de sistemas de teste com as mais diversas configurações para testar produtos prontos para comercialização

O teste final passa em sistemas idênticos aos existentes no mercado que executam muitas aplicações

Neste segmento da infraestrutura, existe uma infinidade de estruturas de teste, permitindo a avaliação de uma variedade de produtos utilizando diversos métodos de exame. Inicialmente são implementados testes de burn-in, nos quais os semicondutores são submetidos a níveis elevados de temperatura e tensão para detectar potenciais deficiências operacionais. Posteriormente, é realizada uma avaliação abrangente de toda a sinalização elétrica dentro dos chips, em busca de aberrações. Em última análise, a funcionalidade do produto é avaliada em condições simuladas do mundo real, incorporando a interação entre os elementos do chip e dispositivos externos, como placas PCIe ou módulos de memória associados ao controlador integrado do processador.

A Intel emprega uma abordagem intrigante quando se trata de testar seus produtos na conclusão do processo de fabricação. Os sistemas internos da empresa, que facilitam este processo, apresentam um carácter dicotómico. Por um lado, estes sistemas enfatizam a modularidade; por outro lado, esforçam-se pela adaptabilidade a vários tipos de produtos.

Um chip defeituoso é estudado para entender qual problema precisa ser resolvido na produção

No caso de um chip com defeito, nosso Laboratório de Análise de Falhas emprega uma abordagem completa e não invasiva para identificar a causa raiz e determinar seu impacto potencial na produção geral. Isso pode envolver a utilização de ferramentas avançadas, como scanners ultrassônicos ou microscópios, para inspecionar áreas críticas, como a interface entre a matriz e o substrato, em busca de quaisquer anomalias.

As embalagens do futuro estarão na Itália?

Sem dúvida, já deveríamos compreender que a embalagem dos processadores abrange muito mais do que simplesmente colocá-los dentro de uma agradável caixa de papelão; em vez disso, representa uma das etapas mais complexas associadas ao seu processo de fabricação. A fim de reforçar as instalações de produção de wafers localizadas na Alemanha e as fábricas de montagem e testes situadas na Polónia, recentemente divulgadas pela Intel, a empresa deve estabelecer uma instalação com sede na Europa dedicada a tais operações. Entre os potenciais países anfitriões, a Itália destaca-se como uma localização privilegiada para tal empreendimento, uma vez que introduziria um dos procedimentos técnicos mais avançados na nossa paisagem industrial nacional, promovendo consequentemente a criação de emprego, o crescimento económico e sectores auxiliares. É imperativo que reconheçamos e aproveitemos esta oportunidade sem paralelo

O processo de fabricação nas instalações da Intel na Malásia pode ser compreendido através do raciocínio lógico e da intuição. Os procedimentos são claramente delineados e executados em sucessão, apresentando frequentemente um impressionante grau de automação. O que chama a atenção é o vasto escopo de operações necessárias e o equilíbrio consistente mantido entre as diversas etapas que garantem a funcionalidade perfeita dos produtos acabados, preparados para entrega aos consumidores.

Um nerd com alguns bilhões de transistores nas mãos: a inevitável foto de lembrança de uma experiência única

Na verdade, ao observar um aspecto limitado da estrutura de produção da Intel na Malásia, que marcou a ocasião inaugural para uma assembléia de repórteres globais obter acesso, é digno de nota descobrir as múltiplas tarefas nas quais numerosos funcionários dentro da organização estão envolvidos. dos mecanismos de inteligência artificial, que regulam os procedimentos operacionais e se esforçam para otimizar a produtividade, a extensão do envolvimento humano persiste a um nível notavelmente elevado. Esta observação sugere que mesmo em meio a uma infra-estrutura tão abrangente, a contribuição indispensável de profissionais experientes não pode ser negligenciada.

É digno de nota como a tecnologia avançada se torna mais dependente de profissionais altamente qualificados, apesar dos avanços na automação que antes seriam incompreensíveis. Esses especialistas funcionam como condutores, orientando o ritmo e a precisão de cada componente, contribuindo, em última análise, para o funcionamento perfeito dos dispositivos que utilizamos diariamente. Esta compreensão serve para sublinhar o papel significativo desempenhado por inúmeros microchips incorporados na tecnologia que nos rodeia.

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