อินเทลเปิดพาสื่อมวลชนทั่วโลกชมโรงงงานผลิตชิปในปีนัง ในชื่องาน TechTour.MY แสดงให้เห็น supply chain ของกระบวนการผลิตชิปว่ามีขั้นตอนที่ซับซ้อนเพียงใดบ้าง และโรงงานในมาเลเซียมีส่วนร่วมในสายการผลิตและการพัฒนาชิปรุ่นใหม่ของอินเทลมากน้อยเพียงใด

โรงงานของอินเทลในมาเลเซียนั้นเป็นโรงงานนอกสหรัฐฯ แห่งแรกของอินเทล เริ่มก่อตั้งมาตั้งแต่ปี 1972 เริ่มต้นจากโรงงานที่มีพนักงานหนึ่งร้อยคน จนขยายมาเป็น 16 อาคาร รวมพื้นที่ใช้สอย 650,000 ตารางเมตร (7 ล้านตารางฟุต) และอินเทลโชว์ตัวเลขว่าที่ผ่านมาลงทุนในมาเลเซียไปแล้ว 8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ และเตรียมลงทุนเพิ่มอีก 6 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ

โดยทั่วไปแล้วเมื่อเรานึกถึงโรงงานผลิตชิป เรามักจะหมายถึง FAB (semiconductor device fabrication) โรงงานที่สร้างวงจรบนแผ่นเวเฟอร์ และยังเป็นสถานที่ที่ติดตั้งเครื่องผลิตชิปราคาสูงอย่าง ASML อินเทลนั้นมี FAB กระจายอยู่ 3 ชาติ ได้แก่ สหรัฐฯ, ไอร์แลนด์, และอิสราเอล กำลังเพิ่มโรงงานในเยอรมนีเข้ามา สำหรับงาน TechTour ในปีนี้เป็นปีที่สอง โดยปีที่แล้วอินเทลพาสื่อมวลชนไปดูโรงงาน FAB โดยตรงในอิสราเอล

FAB นั้นผลิตชิปบนเวเฟอร์เป็นหลัก ผลผลิตของโรงงานยังไม่สามารถใช้งานได้ โดยทั่วไปแล้ว FAB ไม่มีแม้แต่ส่วนงานที่จะตัดชิปออกจากกันด้วยซ้ำ และโรงงานผลิตชิปไม่แน่ใจว่าชิปที่ผลิตออกมาได้นั้นตัวไหนทำงานได้หรือไม่ การผลิตขั้นตอนที่เหลือเพื่อให้ได้ชิปที่เราใช้งานกันนั้น ต้องนำแผ่นเวเฟอร์ไปทดสอบและผลิตชิปในโรงงานที่แยกออกไป

โรงงานของอินเทลในเมือง Kulim ประเทศมาเลเซียชื่อว่า KMDSDP สามารถทำได้ทั้งสองส่วนคือทดสอบและประกอบชิป เวเฟอร์ที่ได้รับมาจาก FAB จะนำมาติดบนแผ่น mylar เพื่อเตรียมการตัดเป็นชิป (die preparation – DS) แล้วหยิบออกไปทดสอบ (die sorting – DP) แยกชิปที่ใช้งานได้ไม่ได้ออกจากสายการผลิต ตัวเลขอันตราส่วนชิปที่ใช้งานได้/ไม่ได้นับเป็นความลับทางการค้าสำคัญตัวหนึ่งของวงการโรงงานผลิตชิปแม้เทคโนโลยีการผลิตและกำลังการผลิตจะใกล้เคียงกัน แต่พอผลิตชิปออกมาจริงก็อาจจะมีอัตราการผ่านการทดสอบไม่เท่ากัน

การทดสอบชิปที่ยังผลิตไม่เสร็จ อาศัยเครื่องทดสอบที่อินเทลเรียกว่า SDX Tester เป็นเครื่องทดสอบชิปที่ยังไม่ได้ใส่แพ็กเกจ หรือมีขาชิปให้เชื่อมต่อใดๆ ภายในเครื่องเป็นถาดรับชิปที่มีเข็มเชื่อมต่อเพื่อทดสอบวงจรภายในชิปว่าทำงานได้ถูกต้อง เข็มเหล่านี้อาจจะมากถึงสองหมื่นเข็มและวางชิปโดยหุ่นยนต์เพื่อทดสอบว่าวงจรทำงานได้ถูกต้อง ชิปทุกตัวที่จะออกจากโรงงานต้องผ่านกระบวนการนี้

บอร์ดทดสอบชิป ตรงกลางในแผ่นโลหะวงกลมคือแผ่นเชื่อมต่อชิป ภายในมีขาไฟฟ้าจำนวนมาก เช่น Rapter Lake ต้องใช้ขาเชื่อมต่อประมาณ 11,000 ขาเพื่อทดสอบวงจรให้ครอบคลุม ตัวบอร์ดนี้จะเชื่อมเปิดให้หุ่นยนต์นำชิปมาวาง แล้วรันการทดสอบกับบอร์ดทดสอบฟังก์ชั่นต่างๆ

เครื่อง SDX Tester ภายในเป็นหุ่นยนต์วางชิปที่ยังไม่ได้ใส่ในแพ็กเกจลงบนบอร์ดทดสอบเพื่อยืนยันว่าชิปใช้งานได้ เครื่อง SDX แต่ละชุดมีชุดทดสอบ 20 ชุด และโหลดชิปที่ตัดจากเวเฟอร์แล้ว ทีละกล่อง

เมื่อชิปผ่านการทดสอบจากเครื่อง SDX แล้วจึงนำไปใส่ในม้วนชิปเพื่อส่งไปยังโรงงานแพ็กเกจที่จะนำชิปไปประกอบลงแผ่นเชื่อมต่อภายนอก ให้กลายเป็นชิปที่เราใช้งานจริงต่อไป

อินเทลมีโรงงานประกอบและทดสอบชิปในมาเลเซียสองแห่งคือ Penang Assembly Test (PGAT) และ Kulim Assembly Test (KuAT) ในงานนี้ทางอินเทลเปิดให้เข้าชม PGAT เท่านั้น โดยโรงงานประกอบนี้จะรับชิปที่ทดสอบแล้ว เชื่อมเข้ากับชิปเชื่อมต่อ (interposer) ที่ใช้ต่อสัญญาณจากหลายๆ ชิปเข้าด้วยกัน ในกรณีของ Meteor Lake ที่กำลังจะเปิดตัวนั้น มีชิป 4 ชิ้นววางอยู่บนตัว interposer เองที่แม้จะเป็นซิลิกอนเหมือนกันแต่ก็ใช้กระบวนการผลิตที่ซับซ้อนน้อยกว่า และไม่มีทรานซิสเตอร์อยู่ภายใน

ชิปจากโรงงาน DSDP แผ่น interposer และแผ่นโลหะสำหรับระบายความร้อน

โรงงาน PGAT นั้นเป็นโรงงานประกอบชิปให้กลายเป็นชิปที่ขายปลีกหรือขายมาในโน้ตบุ๊กที่เราใช้งานกันโดยทั่วไป เครื่องจักรและจะเครื่องอัดเชื่อมระหว่างชิปกับแผ่น interposer เครื่องหยอดกาว epoxy สำหรับยึดให้ชิปมีความทนทาน หยอดซิลิโคนเพื่อติดแผ่นโลหะระบายความร้อน (lid)

แต่ละขั้นตอนของกระบวนการผลิตนั้นมักใช้กล้องจับภาพตรวจความเรียบร้อยว่าชิปที่ได้ออกมาตรงมาตรฐานหรือไม่ ในโรงงานก็จะมีขั้นตอนทดสอบชิปอีกสามขั้นตอนสุดท้าย ได้แก่

Burn-In: ทดสอบการทำงานที่อุณหภูมิและความต่างศักย์ต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่าได้ความทนทานตามสเปคจริง
Test: ทดสอบฟังก์ชั่นการทำงานต่างๆ ของซีพียูว่าทำงานได้จริง
PPV (platform performance validation): เป็นการทดสอบสุดท้าย คือนำชิปไปรันบนพีซีจริง

การทดสอบ PPV นั้นน่าจะสนใจเป็นพิเศษเพราะอินเทลออกแบบเมนบอร์ดให้ทำงานเหมือนเครื่องที่ลูกค้าใช้งานจริง เช่น หากต้องการซื้อชิปไปติดตั้งเซิร์ฟเวอร์ 2 socket ก็จะทดสอบด้วยเซิร์ฟเวอร์แบบ 2 socket จริงๆ โดยติดตั้งซีพียูแบบปกติไว้หนึ่งตัว และอีกหนึ่งตัวให้หุ่นยนต์นำชิปจากสายการผลิตมาติดตั้ง เมื่อติดตั้งแล้วพีซีจะรันระบบปฎิบัติการแบบเดียวกับที่ใช้งานจริง เช่น Ubuntu, Windows, หรือ Yocto ในขณะที่ชิปบางตัวเป็นสินค้าลูกค้าตามบ้านทั่วไป เครื่อง PPV ก็จะใช้ชิ้นส่วนแบบเดียวกับที่เราในในร้านคอมพิวเตอร์จริงๆ ทั้งการ์ดเสริมต่างๆ​, แรม, หรือตัวจ่ายไฟ

เครื่อง PPV กำลังทดสอบจากโรงงาน SIMS ของอินเทลเอง เพื่อเตรียมนำไปติดตั้งเป็นเครื่องทดสอบซีพียูในสายการผลิต

หุ่นยนต์ติดตั้งซีพียูจากถาดที่ออกมาจากสายการผลิต (เครื่องต้นอยู่ระหว่างการพัฒนาในห้องวิจัย)

แม้ว่าเราจะได้ยินชื่อเสียงของ ASML ในฐานะผู้ผลิตเครื่องจักรผลิตชิป แต่การนำเสนอโรงงานครั้งนี้ทางอินเทลก็พยายามแสดงให้เห็นว่าเครื่องจักรส่วนอื่นๆ ในสายการผลิตนั้นพัฒนาโดยอินเทลเองจำนวนมาก ในมาเลเซียนั้นมีโรงงาน SIMS (System Integration & Manufacturing Services) เป็นผู้ผลิตเครื่องทดสอบ เช่น SDX และ PPV ที่อยู่ในสายการผลิตและอุปกรณ์ทดสอบอื่นๆ ด้วยตัวเอง โรงงาน SIMS เองเป็นเหมือนโรงงานประกอบคอมพิวเตอร์มีเครื่องจักรผลิตบอร์ด PCB และวางอุปกรณ์แบบเดียวกับโรงงานอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เช่นเครื่อง PPV นั้นที่จริงก็เป็นพีซีที่ใช้งานได้เหมือนเครื่องตามบ้าน แต่สินค้าแทบทั้งหมดของ SIMS นั้นใช้งานสำหรับการทดสอบชิปในสายการผลิตของอินเทลเอง

ตลอดงานนี้ อินเทลชูว่าบริษัทกำลังเข้าสู่กระบวนการผลิต IDM 2.0 ที่เร่งพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตของตัวเอง พร้อมกับเตรียมทำงานร่วมกับผู้ผลิตอื่นๆ เช่น ชิป Meteor Lake ที่กำลังจะเปิดตัวนั้นก็ต้องนำชิปบางส่วนจาก TSMC มาประกอบ หลังจากนี้ในช่วงหลายปีข้างหน้าเราน่าจะเริ่มเห็นว่าแนวทางการลงทุนอย่างหนักกับสายการผลิต และการเปิดกว้างใช้งานเทคโนโลยีจากคู่แข่งไปพร้อมกันนั้นจะทำให้อินเทลชิงความเป็นผู้นำในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ได้เช่นตลอดหลายสิบปีที่ผ่านมาหรือไม่