Những con chip nhỏ bé đang trở thành huyết mạch của nền kinh tế hiện đại ngày nay. Chúng được tìm thấy trong máy tính, điện thoại, ô tô, thiết bị gia dụng và hầu như mọi mặt hàng điện tử ngày nay. Dễ hiểu vì sao tình trạng thiếu chip trong thời gian gần đây đã gây ra một cuộc khủng hoảng nghiêm trọng trên toàn cầu.
Cơn khát chip này khó có thể vượt qua trong một sớm một chiều nếu chúng ta trông chờ vào việc xây dựng thêm nhiều nhà máy mới. Để nhồi nhét hàng tỷ bóng bán dẫn có chiều rộng nhỏ hơn 1 / 10.000 sợi tóc người vào những con chip thông thường, cần có những nhà máy khổng lồ với tầng sản xuất siêu sạch có thể cao tới bảy tầng và một chiều kích thước. miễn là 4 sân bóng đá.
Trong nỗ lực giải tỏa cơn khát chip trên toàn cầu, gã khổng lồ Intel có kế hoạch chi 20 tỷ USD để xây dựng hai nhà máy sản xuất chip trong khu phức hợp của mình ở Chandler, Arizona. Các tác phẩm dự kiến sẽ mất tới 3 năm để hoàn thành.
Tại sao việc sản xuất những con chip nhỏ bé này lại đắt đến như vậy và đòi hỏi công sức và chi phí khổng lồ như vậy, hãy xem bên trong các nhà máy sản xuất chip của Intel ở Chandler, Arizona và Hillsboro, Oregon, Hoa Kỳ để hiểu tại sao.
Để bắt kịp tốc độ đổi mới công nghệ mỗi năm, các nhà sản xuất chip phải tìm cách nhồi nhét ngày càng nhiều bóng bán dẫn vào một miếng silicon mà vẫn giữ nguyên kích thước, thậm chí nhỏ hơn. Đó là lý do tại sao các nhà máy sản xuất chip tiêu tốn hàng tỷ đô la, và ngày càng ít nhà sản xuất chip từ bỏ việc theo đuổi công nghệ mới.
Không chỉ tốn kém để xây dựng nhà máy và máy móc, mà các công ty còn phải chi một khoản tiền khổng lồ để phát triển các bước xử lý phức tạp để chế tạo chip từ tấm silicon siêu phẳng – tức là. Đó là lý do tại sao các nhà máy sản xuất chip được gọi là “fabs”.
Những cỗ máy khổng lồ sẽ chiếu sáng các đường nét thiết kế của con chip lên từng tấm silicon, sau đó lắng đọng và khắc các lớp vật liệu để tạo ra các bóng bán dẫn và kết nối chúng với nhau. Các hệ thống này có thể xử lý tối đa 25 tấm cùng một lúc trong các thùng chứa đặc biệt, chúng tự động di chuyển qua các đường ray được thiết lập trước.
Chỉ riêng việc chế biến bánh xốp đã cần hàng nghìn bước và có thể mất đến 2 tháng để hoàn thành. TSMC là công ty đạt đến đỉnh cao của ngành sản xuất chip trong những năm gần đây, vận hành gigafabs – siêu nhà máy đúc với bốn dây chuyền sản xuất chip trở lên.
Theo ước tính của công ty nghiên cứu TechInsights, mỗi dây chuyền này có thể xử lý hơn 100.000 tấm wafer mỗi tháng. Cũng theo ước tính của công ty, ngay cả hai nhà máy của Intel với chi phí dự kiến 10 tỷ USD ở Arizona cũng chỉ có thể gia công 40.000 tấm wafer mỗi tháng.
Sau khi khắc các bóng bán dẫn cực nhỏ lên tấm wafer, bước tiếp theo là gói chúng lại. Ở giai đoạn này, các tấm wafer được cắt thành các chip riêng biệt. Sau đó, chúng được kiểm tra và bọc trong các tấm nhựa để kết nối chúng với bảng mạch hoặc các thành phần hệ thống.
Khi việc thu nhỏ bóng bán dẫn ngày càng trở nên khó khăn hơn, việc đóng gói chip đang trở thành một chiến trường cạnh tranh mới. Các công ty hiện đang xếp chồng nhiều lớp chip lên nhau hoặc đặt chúng cạnh nhau và kết nối chúng để hoạt động như một con chip duy nhất.
Khi việc đóng gói nhiều lớp chip đã trở nên phổ biến, Intel đang phát triển một sản phẩm sử dụng công nghệ mới cho phép đóng gói tối đa 47 chip riêng biệt cùng nhau. Sản phẩm này có thể được sản xuất bởi TSMC cũng như tại các nhà máy của chính Intel.
Mỗi CPU mà Intel bán ra có giá hàng trăm đến hàng nghìn đô la mỗi chiếc. Nhưng chỉ cần một hạt bụi không nhìn thấy bằng mắt thường cũng có thể phá hủy nó hoàn toàn. Vì vậy, các nhà máy sản xuất chip này cần phải sạch hơn các phòng mổ của bệnh viện cũng như cần một hệ thống lọc không khí và kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm rất phức tạp.
Ngoài ra, các nhà máy này phải chịu được bất kỳ rung động nào, có thể làm hỏng các thiết bị chế tạo chip đắt tiền. Đó là lý do tại sao các phòng sạch của nhà máy sản xuất chip được xây dựng trên một tấm bê tông khổng lồ được thiết kế để hấp thụ các rung động.
Một phần quan trọng không kém khác là khả năng di chuyển một lượng lớn chất lỏng và chất khí. Do đó, trên đỉnh của nhà máy Intel cao 21m này là những cánh quạt gió khổng lồ để luân chuyển không khí trực tiếp xuống phòng sạch bên dưới. Bên dưới căn phòng sạch đó là hàng nghìn máy bơm, máy biến áp, tủ điện, đường ống, thiết bị điện lạnh được kết nối với máy móc sản xuất.
Các nhà máy sản xuất chip là nơi tiêu thụ nước rất lớn vì tấm wafer phải được làm sạch ở nhiều công đoạn trong quá trình sản xuất.
Hai cơ sở sản xuất của Intel ở Chandler lấy khoảng 50 triệu lít nước mỗi ngày từ nguồn cung cấp nước địa phương. Việc mở rộng nhà máy trong tương lai sẽ đòi hỏi nhiều nước hơn nữa, một thách thức thực sự đối với một bang khô cằn như Arizona, nơi đã cắt giảm lượng nước cho nông nghiệp – mặc dù lĩnh vực này vẫn tiêu thụ rất nhiều nước. hơn sản xuất chip.
Tuy nhiên, công ty cho biết, hai cơ sở sản xuất thu hồi khoảng 82% lượng nước mà họ sử dụng thông qua hệ thống lọc, bể lắng và các thiết bị khác. Nước này sau đó sẽ được trả lại thành phố, nơi vận hành các cơ sở xử lý do Intel tài trợ, và được phân phối lại cho các mục đích tưới tiêu và các mục đích khác.
Intel hy vọng rằng, vào năm 2030, công ty sẽ giúp tăng cường cung cấp nước ở Arizona và các bang khác bằng cách làm việc với các nhóm môi trường và các bên khác để bảo tồn và phục hồi nước cho các cộng đồng địa phương. .
Còn rất nhiều việc phải làm để xây dựng những nhà máy trị giá hàng tỷ đô la này. Theo Dan Doron, giám đốc xây dựng của Intel, phần móng sẽ liên quan đến việc loại bỏ 680.000 mét khối đất, được vận chuyển với tốc độ một xe ben mỗi phút.
Công ty dự kiến rằng phần đế của nhà máy sẽ phải đổ hơn 340.000 mét khối bê tông và sử dụng 100.000 tấn cốt thép – nhiều hơn so với việc xây dựng tòa nhà cao nhất thế giới, Burj Khalifa ở Dubai.
Một số cần cẩu xây dựng lớn đến mức cần hơn 100 xe tải để vận chuyển từng bộ phận của nó đến địa điểm lắp ráp. Cùng với các bộ phận khác, chiếc cẩu này sẽ nâng các thiết bị điện lạnh có trọng lượng lên đến 55 tấn cho nhà máy sản xuất.
Gánh nặng chi phí khổng lồ và sự phức tạp của thiết bị sản xuất chip giải thích tại sao cuộc khủng hoảng chip hiện nay khó có thể giải quyết trong một sớm một chiều. Cho đến nay, ngành công nghiệp bán dẫn phụ thuộc vào một mạng lưới toàn cầu phức tạp gồm các công ty cung cấp nguyên liệu, thiết bị sản xuất, phần mềm thiết kế cũng như nhân tài và năng lực sản xuất. xuất khẩu chip.
Tham khảo New York Times