Bên trong nhà máy chip của Intel: xem mới biết vì sao chip bé xíu cần đầu tư nhiều tỷ đô

Một số vi chip chứa hơn 50 tỷ bóng bán dẫn siêu nhỏ, nhỏ hơn 10.000 lần bề ngang sợi tóc con người. Chúng được tạo ra trong những nhà máy phòng rộng lớn, siêu sạch, có thể cao đến 7 tầng và dài bằng 4 sân bóng đá gộp lại.
Vi chip có thể xem là dòng máu nuôi sống nền kinh tế hiện đại. Chúng hiện diện trong máy tính, smartphone, xe hơi, đồ gia dụng, và nhiều thiết bị điện tử khác. Nhưng nhu cầu đối với vi chip bất ngờ tăng cao giữa đại dịch, khiến chuỗi cung ứng nhanh chóng sụp đổ và dẫn đến tình trạng thiếu hụt vi chip trên toàn cầu.
Điều này gián tiếp làm gia tăng lạm phát, đồng thời gióng lên hồi chuông báo động về sự lệ thuộc quá lớn của Mỹ (và hầu hết quốc gia khác trên toàn cầu) vào những con chip do nước ngoài sản xuất - cụ thể là Đài Loan. Cụ thể, Mỹ chỉ chiếm khoảng 12% tổng lượng bán dẫn sản xuất trên toàn cầu; trong khi hơn 90% những con chip tiên tiến bậc nhất thì đến từ Đài Loan.
Intel, gã khổng lồ thung lũng Silicon đang chật vật tìm lại ngôi vị số một về công nghệ sản xuất chip, đã bỏ ra 20 tỷ USD nhằm giải quyết tình hình này. Họ hiện đang xây dựng 2 nhà máy mới tại khu phức hợp sản xuất chip của mình ở Chandler, Arizona (Mỹ), dự kiến hoàn thành trong 3 năm nữa, và gần đây còn công bố kế hoạch mở rộng hoành tráng hơn nữa, với những cơ sở mới ở New Albany, Ohio, và Magdeburg, Đức.
Tại sao sản xuất hàng triệu linh kiện bé xíu kia lại đòi hỏi những khoản chi tiêu và những công trình nhà xưởng to lớn đến vậy? Hãy nhìn vào dây chuyền sản xuất của Intel ở Chandler và Hillsboro, Oregon, để tìm câu trả lời.

Chip có tác dụng gì

VNReview.vn

Công nhân Intel cầm một tấm silicon dùng để sản xuất chip.
Chip, hay IC, bắt đầu thay thế những bóng bán dẫn cồng kềnh vào cuối thập niên 1950. Nhiều trong số những linh kiện bé xíu này được sản xuất trên một tấm silicon và kết nối với nhau để cùng hoạt động. Chúng lưu trữ dữ liệu, phóng đại tín hiệu radio, và thực hiện nhiều hành động khác. Intel là hãng chip nổi tiếng nhất thế giới, với hàng loạt chip mà chúng ta hay gọi là vi xử lý, có khả năng thực hiện hầu hết các chức năng tính toán của máy tính.
Intel đã tìm ra cách thu nhỏ các bán dẫn trên vi xử lý của mình đến những kích cỡ khó tin. Nhưng công ty sản xuất chip đối thủ, TSMC, thậm chí có thể tạo ra những linh kiện còn nhỏ hơn nữa - đó cũng là lý do Apple chọn TSMC để sản xuất chip cho những mẫu iPhone mới nhất.
Ưu thế thuộc về một công ty trụ sở ở Đài Loan, vốn là một hòn đảo mà Trung Quốc đã tuyên bố chủ quyền, khiến cả ngành công nghiệp lo ngại về những rủi ro mà các thiết bị điện toán tiêu dùng lẫn phần cứng quân sự phải đối mặt, cả từ những tham vọng của Trung Quốc lẫn những mối đe dọa của tự nhiên như động đất hay hạn hán. Và đó là nguyên nhân trực tiếp buộc Intel phải đưa ra những giải pháp nhằm tìm lại vị thế dẫn đầu trong công nghệ này.

Chip được sản xuất ra sao

Máy móc chuyên dụng xếp thành hàng nhận từng hộp chứa đầy các tấm silicon, đưa chúng vào và ra các hệ thống để xử lý.
Các nhà sản xuất chip ngày càng “nhồi nhét” nhiều bán dẫn hơn vào mỗi tấm silicon - đó là lý do tại sao mỗi năm trôi qua, công nghệ lại có những bước tiến đáng kể, đồng thời là lý do khiến chi phí xây dựng những nhà máy sản xuất chip mới lên đến hàng tỷ đô-la và rất ít công ty đủ khả năng để làm điều này.
Bên cạnh số vốn phải bỏ ra để xây dựng hạ tầng và mua sắm máy móc, các công ty còn phải chi đậm vào phát triển dây chuyền xử lý phức tạp dùng để chế tạo chip từ các tấm silicon cỡ lớn.
Những cỗ máy đắt đỏ đó sẽ dự phóng thiết kế chip trên từng tấm silicon, và sau đó đặt lên và khắc từng lớp vật liệu để tạo ra bán dẫn và kết nối chúng với nhau. Mỗi lần, có tối đa 25 tấm silicon di chuyển giữa những hệ thống này, bên trong những hộp đặc biệt chạy theo các ray tự hành trên cao.
VNReview.vn

Một trong những cỗ máy dùng để khắc chip.
Xử lý một tấm silicon cần hàng nghìn bước và tốn đến 2 tháng trời. TSMC đã tăng được sản lượng trong vài năm gần đây nhờ các siêu nhà máy với 4 dây chuyền sản xuất trở lên. Dan Hutcheson, phó chủ tịch công ty nghiên cứu thị trường TechInsights, ước tính mỗi siêu nhà máy có thể xử lý hơn 100.000 tấm silicon mỗi tháng. Trong khi đó, hai nhà máy 10 tỷ USD đang xây dựng của Intel ở Arizona có sản lượng khoảng 40.000 tấm silicon mỗi tháng.

Chip được đóng gói ra sao

Bên trong nhà máy chip của Intel: xem mới biết vì sao chip bé xíu cần đầu tư nhiều tỷ đô
Những con chip nhỏ sẽ được gắn trực tiếp vào tấm chip trong khâu đóng gói.
Bên trong nhà máy chip của Intel: xem mới biết vì sao chip bé xíu cần đầu tư nhiều tỷ đô
Chip được xếp chồng theo công nghệ mới để đóng gói.
VNReview.vn

Từng con chip riêng lẻ được trữ trên các dải như thế này trước khi đóng gói.
VNReview.vn

Chip chuẩn bị được đóng gói.
Sau khi xử lý, một tấm silicon sẽ được chia thành những con chip riêng biệt. Chúng được kiểm tra và đóng gói trong bao bì nhựa để kết nối với bảng mạch hoặc các phần khác của một hệ thống.
Khâu đóng gói là một cuộc chiến khác, bởi bán dẫn càng nhỏ càng khó làm. Các công ty hiện sử dụng phương pháp xếp chồng nhiều chip hoặc đặt chúng cạnh nhau trong một gói hàng, kết nối chúng thành một tấm silicon đơn nhất.
Bởi quy trình thông thường ngày nay là đóng gói một số lượng lớn chip cùng nhau, Intel đã phát triển một sản phẩm tiên tiến sử dụng công nghệ mới, cho phép đóng gói kết hợp 47 con chip riêng rẽ, bao gồm một số dòng chip của TSMC và các công ty khác, bên cạnh những con chip được sản xuất bởi Intel.

Nhà máy chip khác với nhà máy thông thường ra sao

VNReview.vn

Công nhân Intel xếp hàng chờ để đưa linh kiện vào phòng sạch
VNReview.vn

Công nhân lắp đặt hệ thống đường ray tự động trong phòng sạch
VNReview.vn

Đường ống khổng lồ dẫn khí gas ra khỏi phòng sạch
Một con chip Intel thường được bán với giá hàng trăm đến hàng nghìn đô-la. Ví dụ, vào tháng 3 vừa qua, Intel đã tung ra thế hệ vi xử lý nhanh nhất dành cho máy tính để bàn với giá khởi điểm 739 USD. Một mẩu bụi vô hình đối với mắt người thường cũng có thể phá hỏng những con chip này. Do đó, các nhà máy chip phải đảm bảo sạch hơn cả phòng phẫu thuật trong bệnh viện, và cần những hệ thống phức tạp để lọc không khí cũng như kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.
Các nhà máy cũng phải miễn nhiễm trước mọi rung động, vốn có thể khiến những thiết bị đắt đỏ bị lỗi. Do đó, những căn phòng sạch trong nhà máy được xây dựng trên những khối bê tông khổng lồ đặt trên hệ thống hấp thụ chấn động đặc biệt.
Quan trọng không kém là khả năng di chuyển một khối lượng lớn chất lỏng và khí gas. Tầng cao nhất của các nhà máy Intel, cao khoảng hơn 21 mét, có hệ thống quạt cỡ đại để giúp lưu thông không khí đến căn phòng sạch nằm ngay bên dưới. Bên dưới phòng sạch là hàng nghìn máy bơm, biến thế, tủ điện, đường ống và buồng lạnh kết nối đến máy móc sản xuất.
Nhu cầu về nước
VNReview.vn

Tháp loại khí gas khỏi nước
VNReview.vn

Hệ thống xử lý nước tại nhà máy Intel
VNReview.vn

Nhà máy xử lý nước của Intel ở Hillsboro
Sản xuất chip tiêu thụ rất nhiều nước. Bởi nước cần để rửa sạch các tấm chip trong nhiều giai đoạn của quy trình sản xuất.
Hai nhà máy của Intel ở Chandler kết hợp lại hút khoảng 50 triệu lít nước mỗi ngày từ bể chứa gần đó. Nhà máy lớn hơn trong tương lai sẽ cần nhiều hơn nữa - một thách thức khó nhằn đối với một bang vốn thường xuyên bị hạn hán như Arizona, nơi nước thường được ưu tiên cho các hộ làm nông. Nhưng trên thực tế, làm nông tiêu thụ nước “khủng” hơn nhiều so với một nhà máy chip.
Intel cho biết các nhà máy ở Chandler, vốn dựa vào nguồn cung từ 3 con sông và một hệ thống giếng, có thể tận dụng lại khoảng 82% lượng nước ngọt đã sử dụng trong các hệ thống lọc, bồn lắng, và các thiết bị khác. Số nước này được chuyển ngược về thành phố, nơi có các nhà máy xử lý do Intel tài trợ, từ đó phân phối lại cho thủy lợi và các mục đích khác ngoài ăn uống.
Intel hi vọng sẽ cải thiện được nguồn cung nước ở Arizona và các bang khác vào năm 2030, thông qua việc hợp tác với các tổ chức môi trường và các tổ chức khác để thực hiện các dự án tiết kiệm và tái tận dụng nước cho các cộng đồng địa phương.

Các nhà máy chip được xây dựng ra sao

VNReview.vn

Công nhân Intel vận chuyển vật liệu xây dựng ở Hillsboro.
VNReview.vn


VNReview.vn


VNReview.vn

Hệ thống móng của nhà máy Intel đang xây ở Chandler
Để xây dựng các nhà máy tiên tiến của mình, Intel sẽ cần khoảng 5.000 công nhân xây dựng có tay nghề cao trong 3 năm.
Nhưng vẫn còn nhiều vấn đề khác phải quan tâm. Quá trình đào móng dự kiến sẽ phải múc bỏ hơn 680.000 mét khối đất, sau đó chở chúng đi với tần suất 1 xe tải mỗi phút - theo Dan Doron, giám đốc xây dựng của Intel.
Công ty sẽ phải đổ hơn 340.226 mét khối bê-tông và sử dụng 100.000 tấn thép gia cố cho móng công trình - nhiều hơn cả số vật liệu cần để xây dựng móng cho tòa nhà cao nhất thế giới là Burj Khalifa ở Dubai.
Một số cần trục dùng tại công trường lớn đến mức cần hơn 100 xe tải để đưa từng phần của chúng đến nơi và lắp ráp - Doron nói. Cần trục sẽ cẩu 55 tấn thiết bị làm lạnh và nhiều thứ khác cho các nhà máy mới.
Patrick Gelsinger, người vừa trở thành CEO Intel một năm trước, hiện đang kêu gọi Quốc hội Mỹ tài trợ vốn để xây dựng nhà máy, cũng như ưu đãi thuế để đầu tư trang thiết bị. Để quản lý rủi ro chi tiêu của Intel, ông dự định tập trung xây dựng các nhà kho để lưu trữ trang thiết bị, phòng ngừa những biến động của thị trường.
Để giải quyết tình trạng thiếu hụt chip, Gelsinger sẽ phải thực hiện thật tốt kế hoạch sản xuất những con chip được thiết kế bởi các công ty khác. Nhưng một công ty riêng lẻ chỉ có thể cố gắng trong chừng mực nhất định; những sản phẩm như điện thoại và xe hơi đòi hỏi linh kiện từ nhiều nhà cung ứng, cũng như những con chip đời cũ hơn. Và không quốc gia nào có thể đơn độc sản xuất bán dẫn. Dù cải thiện khả năng sản xuất trong nước có thể giúp giảm phần nào rủi ro nguồn cung, ngành công nghiệp chip vẫn sẽ tiếp tục lệ thuộc vào mạng lưới phức tạp gồm vô số công ty trên toàn cầu để có được nguyên liệu thô, thiết bị sản xuất, phần mềm thiết kế, nhân lực, và hệ thống sản xuất chuyên dụng.
Tham khảo: NYTimes
 


Đăng nhập một lần thảo luận tẹt ga

Gợi ý cộng đồng

Top