Em setembro de 2022 tive a oportunidade de visitar a fábrica de semicondutores da Intel em Kiryat Gat (Israel). Naquela época, os wafers do processador ‘Raptor Lake’ eram fabricados naquela fábrica, que chegou às lojas algumas semanas depois. Foi uma experiência muito interessante do ponto de vista técnico porque me permitiu ver a complexidade envolvida. fabricação de waferembora o que mais me impressionou tenha sido testemunhar a extrema sofisticação dos equipamentos de litografia produzidos pela ASML e pela Tokyo Electron.
De qualquer forma, o que pude ver em Israel é apenas parte do processo. A fábrica de Kiryat Gat fabrica wafers, mas depois de produzidos é imprescindível realizar muitos outros processos também muito avançados e sem os quais os processadores Intel não chegariam aos nossos computadores. Foi exatamente isso que testemunhei há apenas uma semana nas fábricas de semicondutores da Intel em Penang e Kulim, duas belas e exóticas cidades da Malásia. Neste artigo propomos investigar tudo o que acontece desde a preparação dos wafers até os processadores estarem prontos para serem instalados em nossos PCs.
A Malásia desempenha um papel essencial na infraestrutura global de chips da Intel
O slide que você pode ver abaixo dessas linhas mostra a estrutura que a rede global de fabricação de circuitos integrados da Intel possui atualmente. As fábricas nas quais esta empresa fabrica wafers residem nos EUA (Oregon, Arizona e Ohio), Israel e Irlanda, embora mais um está planejado que estará localizado na Alemanha (Magdeburg). Essas instalações recebem os cilindros de silício de altíssima pureza de que necessitam para realizar seu trabalho e entregam os wafers que contêm os chips que irão parar em nossos computadores depois de terem passado pelos processos que iremos investigar neste artigo.
Boa parte das fábricas de chips planejadas da Intel residirá na Europa
Instalações equipadas com tecnologias avançadas de embalagem estão localizadas nos EUA (Novo México) e na Malásia (Penang). E, finalmente, as fábricas de montagem e verificação residem na Costa Rica, China (Chengdu), Vietname e Malásia (Kulim). A Intel construirá em breve mais uma fábrica deste tipo na Polónia. É curioso constatar que boa parte das fábricas que esta empresa planeou residirão na Europa, embora faça sentido porque a Intel quer reforçar a sua presença no Velho Continente no âmbito da sua estratégia IDM 2.0 (Fabricação Integrada de Dispositivos). Embora não apareça na imagem, também está montando mais uma fábrica em Israel (Kiryat Gat).
O próximo slide descreve claramente o plano da Intel para o restante de 2023 e 2024. Antes do final deste ano, ela planeja ter seu nó 3 da Intel pronto para a fabricação de chips. Durante o primeiro semestre de 2024, prevê ter preparado o nó Intel 20Ae ao longo do segundo semestre de 2024 promete estar pronta para fabricar circuitos integrados no nó 18A.
Esta estratégia representa um desenvolvimento tecnológico de nada menos que 5 nós em apenas 4 anos. Pode parecer um plano demasiado optimista, mas temos uma pista que nos convida a levá-lo a sério para além do que a Intel nos diz: a ASML vai entregar o seu primeiro equipamento de litografia EUV de alta abertura a um dos seus clientes (Alto NA) antes do final deste ano, e esse cliente provavelmente será a Intel.
Fábricas da Intel na Malásia, expostas
Durante minha visita ao campus da Intel em Kulim pude explorar duas instalações diferentes. Um deles é chamado KMDSDP (Kulim, o tipo, a preparação) e os outros SIMS (Serviços de integração e fabricação de sistemas). O primeiro é responsável por processamento de wafers de 300 mm que recebe de outras fábricas da Intel, como Kiryat Gat (Israel), com o objetivo de extrair cada um dos chips do wafer para que posteriormente possa ser verificado e embalado. Essa planta também é responsável por avaliar a qualidade e o desempenho de cada processador.
A SIMS é responsável por projetar e fabricar os equipamentos de teste e placas de verificação de chips usados pela Intel em todas as suas fábricas.
Por outro lado, a fábrica conhecida como SIMS é responsável por projetar e fabricar os equipamentos de teste e placas de verificação de chips utilizados pela Intel em todas as suas fábricas (não apenas nas da Malásia). Todas as máquinas de teste que examinaremos a seguir foram projetadas por engenheiros da Intel que trabalham em SIMS, portanto, não estão disponíveis para outros fabricantes de semicondutores. Mais uma observação: o transporte dos wafers dentro das fábricas é feito de forma totalmente automatizada. Na fotografia a seguir podemos ver um dos robôs equipado com um braço que é responsável por movê-los de um ponto a outro em cada fábrica.
Um dos processos mais delicados realizados pela fábrica KMDSDP no campus Kulim consiste, como mencionei acima, no processamento de wafers de 300 mm para extrair cada um dos núcleos que contém. Curiosamente, neste processo estão envolvidas tanto as técnicas de corte a laser como os procedimentos de corte mecânico, embora seja essencial realizá-los com extrema precisão.
Um dos técnicos da Intel me confirmou que a precisão das máquinas que cortam os wafers é de alguns mícrons. Uma vez extraídos os chips, eles são fixados em bobinas semelhantes a filmes antigos de celulóide para serem analisados meticulosamente.
As máquinas da fábrica KMDSDP que podemos ver na fotografia a seguir foram projetadas e fabricadas por engenheiros da SIMS e sua finalidade é verificar a integridade elétrica e estrutural dos chips depois de terem sido removidos dos wafers. Essas equipes estão distribuídas em grupos de 20 máquinas e foram projetadas para identificar o menor defeito estrutural, deficiência na área de confiabilidade ou irregularidade no desempenho dos processadores.
Os chips que passam neste teste são enviados para a planta de montagem e testes para serem colocados no substrato e embalados. Nesta fase, cada núcleo é selado no substrato e em um dissipador de calor conhecido em inglês como IHS (Distribuidor de calor integrado) que distribui a pressão uniformemente e contribui para a dissipação ideal da energia térmica residual da CPU.
Um dos equipamentos de análise fabricados pelos técnicos da SIMS é conhecido como analisador HDBI (Burn-In de alta densidade), e sua função é submeter os processadores a testes de estresse máximo sob condições de alta temperatura e alta tensão. Estas condições de trabalho são mais exigentes do que aquelas que as CPUs encontrarão em um cenário de uso real, por mais intenso que seja.
Outro equipamento de teste que os técnicos da planta SIMS projetam e fabricam é chamado de analisador HDMT (Testador modular de alta densidade), e sua função é testar processadores nas fábricas e laboratórios da Intel durante a fase de desenvolvimento de novos produtos ou na fase anterior à produção em larga escala de um determinado tipo de CPU. A placa-mãe de teste que você pode ver na foto a seguir me chamou a atenção pelo seu tamanho e, principalmente, pela sua espessura. Cada uma dessas placas permite que vários processadores sejam testados simultaneamente sob condições de trabalho extremamente rigorosas.
Além de verificar a integridade elétrica de cada CPU, as máquinas de verificação da Intel submetem cada um de seus subsistemas a um estresse muito intenso para determinar se todos os núcleos estão funcionando corretamente, se os caches têm o desempenho esperado, se a lógica gráfica desempenha sua função de forma adequada, etc. Em suma, a bateria de testes desenhada pelos engenheiros das fábricas de Kulim e Penang visa garantir que todos os processadores que saem das fábricas da Intel funcionam corretamente.
O último teste de qualidade ao qual a Intel submete cada processador antes de sair de suas fábricas é chamado SLT (Teste de nível de sistema) e emula um cenário de uso real semelhante ao que qualquer um de nós define no dia a dia. Os técnicos da Intel executam todos os tipos de aplicativos em vários sistemas operacionais e jogos para garantir que cada CPU tenha um desempenho adequado nos cenários de uso que terá de enfrentar fora das fábricas. A maior parte destes processos são automatizados, embora alguns deles requeiram alguma intervenção dos operadores.
Imagens: Informações
Em Xataka: No meio da guerra dos semicondutores, uma aliança parece mais forte do que nunca: a da Intel e a da TSMC
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