ComputerBase in den Reinräumen von Intels Fab 52

Heute wird Intels nagelneue Fab 52 offiziell eröffnet. Sie fertigt Intel Panther Lake (Details) und Clearwater Forest in Intel 18A – also in Großserie! Bis dahin war es ein beschwerlicher Weg; der Campus in Chandler, Arizona, hat schon so einiges durchgemacht, aber auch noch viel vor. ComputerBase hat sie im Bunny Suit besucht.

Zu Besuch in der Intel Fab 52

Alles andere als normal

Halbleiterhersteller lassen sich ungern in die Karten sehen, schon gar nicht in die neuesten Anlagen sollen Personen gelangen, die dort nicht hingehören. Selbst bei Intel werden die meisten Angestellten, auch wenn sie zum Teil schon Jahrzehnte dort arbeiten, eine Fab nie von innen sehen.

Für ausgewählte Medienvertreter gab es jetzt allerdings die berühmte Ausnahme, denn Intel will zeigen: Intel 18A läuft in Großserie an – eine Notbremse wie auf den letzten Metern bei Intel 20A gibt es dieses Mal nicht.

Konkret lud Intel Medienvertreter und Analysten in der vergangenen Woche nach Arizona in die Fab 52, die heute offiziell die Serienproduktion der Intel-18A-Chips für Panther Lake und Clearwater Forest aufnimmt.

Einblicke auch im Podcast-Format

Neben dem nachfolgenden Bericht hat sich Volker diese Woche gemeinsam mit Jan im Podcast über seinen Besuch in der Intel Fab 52 unterhalten. Wie es sich angefühlt hat, in den Bunny Suit zu steigen oder vom Werksleiter mitten im Reinraum den Schuh neu gebunden zu bekommen, gibt es in CB-Funk #139 ab Minute 39:10 zu hören.

Die Intel Fab 52

Intels Historie am Standort

Baubeginn der Fab 52 war 2021. Mit der Eröffnung heute sind letztlich rund vier Jahre vergangen, was für eine State-of-the-Art-Fab ein ziemlich normales Zeitfenster darstellt. Die Fabrik steht in Chandler, Arizona, quasi einem Vorort südlich von Phoenix. Intel ist dort bereits seit 1980 vertreten. 1990 ging es dann richtig los: Fab 12 als hochmoderne Anlage wurde an der Ocotillo Site (OC), wie der Campus heißt, errichtet, Fab 22 folgte rasch und wurde bereits 1996 eröffnet. Anfang der 2000er gab es die nächste Erweiterung: Fab 32. Danach wurde es ruhiger.

Fab 42 war als Riesenprojekt ab 2011 geplant, dann jedoch aufgrund der schwachen wirtschaftlichen Lage nicht ausgerüstet worden. 2017 holte Intel den Bau wieder aus dem Winterschlaf und stellte ihn für 7 Milliarden US-Dollar fertig. Unter Pat Gelsinger und dem neuen Foundry-Ansatz kamen 2021 dann die Pläne für Fab 52 und 62 hinzu.

Heute baut Fab 42 Intel-7-Lösungen (10 nm), Fab 52 nebenan nun die neuen 18A-Chips. Und Fab 62 ist im Rohbau fertig, aber noch nicht ausgerüstet. Sollten alle Module, wie die Ausrüstungsphasen bei Intel heißen, hier aber einmal installiert werden, dann wäre Fab 62 noch größer als die Fab 52, erklärte Intel auf Nachfrage von ComputerBase. Doch dafür braucht es wohl echte Foundry-Kundschaft – also externe Kunden.

Ein Rundgang zum Auftakt

Der Auftakt der Tour war eine Runde um das Gelände. Das gibt einen guten Überblick, wie sich Intel hier entwickelt hat, aber auch, wie groß Halbleiterfabriken in den letzten Jahren geworden sind. Fab 12 ist nach heutigen Maßstäben winzig, Fab 22 kaum größer. Fab 32 legte die Messlatte höher dann, Fab 42 ist schon ziemlich groß. Fab 52 und Fab 62 sind jedoch noch einmal ein ganz anderes Kaliber. Für neue Maschinen mussten sie anders aufgebaut werden und sind daher auch höher.

Ein von Intel bereitgestelltes Drohnen-Video zeigt die verbundene Anlage aus Fab 42, Fab 52 und zukünftiger Fab 62.

100 Megawatt sind möglich

Auch die Stromversorgung des Komplexes, die südöstlich der Fab 62 liegt, wurde zuletzt auf 100 Megawatt aufgewertet – denn hochmoderne Lithographiesysteme benötigen jede Menge Energie. Und natürlich auch Wasser. Eine große Aufbereitungsanlage steht auf der anderen Seite des Komplexes.

Intel betont, dass man in Arizona nach den neuesten Bauten „water positive“ sei. Dies bedeute nicht, dass Intel wenig Wasser verbraucht, man jedoch der Community durch zusätzliche Projekte unter dem Strich aber mehr Wasser zurückgibt als entnimmt.

Die gesamten Investitionen von Intel in Arizona liegen bisher bei rund 50 Milliarden US-Dollar, erklärte das Unternehmen. Das Unternehmen ist vor allem auf den letzten Meilenstein so stolz, dass es diese letzte Errungenschaft auch teilen möchte. In Form kleiner Gruppen aus Personen in weißen Anzügen, den sogenannten „Bunny Suits“, ging es deshalb nach dem Rundgang in die heiligsten Hallen.

Im Bunny Suit durch Fab 42 und Fab 52

Für Besucher einer dieser hochmodernen Anlagen, sofern sie überhaupt zugelassen sind, gibt es diverse strikte Auflagen. Das oberste Ziel dabei ist, Verunreinigungen im Reinraum zu vermeiden.

Frisch geduscht ins Hasenkostüm

Frisch geduscht sollte man sein, aber das war es dann auch: Nichts in die Haare, nichts ins Gesicht, kein Duft oder Parfüm – Aerosole gilt es zu vermeiden. Dress Code: Geschlossene Schuhe und eine lockere Hose, dazu ein Shirt – mehr nicht. Denn über all das kommt der berühmte Bunny Suit – und darunter ist es warm.

Da der Laie mit dessen Anlegen total überfordert wäre beziehungsweise der Prozess viel zu lange dauern würde, bekam jeder Journalist vor Ort eine Anzieh-Hilfe. Der Autor war zwar bereits in den Fabs in Kyriat Gat, Israel, und den Produktionsstätten in Malaysia, aber mit Jahren Abstand halfen diese Erfahrungen in der Praxis in Arizona dann letztlich nicht mehr.

Im Aufenthaltsraum außerhalb der Reinräume konnten sich die Besucher aber schon einmal mit den Dingen vertraut machen.

20 Minuten durch einen Parcours

Denn der Zeitplan war eng gesteckt. Kleine Gruppen von je sechs bis acht Personen durften einen vorgegebenen und abgesteckten Parcours ablaufen und dabei die Fabrik im regulären Arbeitsprozess nicht behindern. Um Notizen zu ermöglichen, stellt Intel spezielle Notizblöcke zur Verfügung: Reinraum abgesegnet! Eigene Fotos oder Videos waren nicht erlaubt – aber das ist wenig überraschend. Denn eine bessere Fertigung in Serienproduktion gibt es aktuell nicht, sagt Intel – und hat damit durchaus recht: TSMCs neuer 2-nm-Prozess ist noch nicht in Serie, bis dahin dürfte Intel 18A die beste Lösung sein.

Die Gruppe machte sich nach dem Einkleiden durch einen kleineren Supportbereich auf in die Fab 42, die über einen Zugangstunnel direkt mit Fab 52 verbunden ist. Fab 42 fertigt Chips mit Intel 7 (10 nm). Hier sind unter anderem ASMLs DUV-Systeme sowie unzählige zusätzliche Tools und Gerätschaften zu sehen, deren Namen aber nicht genannt werden dürfen – das wollen sowohl die Partner als auch Intel nicht. Schon nach wenigen Minuten ist aber beinahe jeder Name der großen westlichen Fabrikausrüster zu sehen gewesen. ASMLs DUV-System ist das beste im Markt, wenn Chips ohne EUV gefertigt werden müssen. Genau das macht Fab 42.

Das an der Decke verbaute Transportsystem, welches die Wafer umherfährt, ist komplett über alle fünf Fabs verbunden. Das ist nicht unwichtig, denn die allerbesten Fertigungsschritte werden nicht überall und bei jedem Produkt und in allen Layern benötigt, also können diese auch woanders hinfahren und dort fertiggestellt werden.

Der heilige Gral: der EUV-Belichter

Endlich in Fab 52 angekommen, geht der Weg direkt zum wichtigsten Gerät der Anlage: einem EUV-System von ASML. Dies ist der aktuell modernste und teuerste EUV-Belichter des niederländischen Fabrikausrüsters, hier fertigt er aktuell die Compute-Tiles von Panther Lake und bald auch Clearwater Forest. Beeindruckend ist dabei einmal mehr die schiere Größe dieses einzelnen Systems, der DUV-Belichter in der Fab zuvor fällt deutlich kleiner und kompakter aus. Wie üblich sieht man dabei auch nur den einen Teil, die ganzen zusätzlichen Gerätschaften beispielsweise darunter eben nicht.

ASMLs EUV-Systeme können wie die DUV-Belichter stets auf den letzten Stand aufgerüstet werden. Jeder Kunde ist also bestrebt, dies auch schnellstmöglich zu tun, da damit einher oft viele Verbesserungen ins Spiel gelangen und der Durchsatz erhöht sowie die Fehlerquote und die Downtime reduziert werden.

Selbst wollte Intel nicht sagen, wie viele dieser Belichtungssysteme in Fab 52 verbaut sind. Die optimistischen Schätzungen gehen von einem Dutzend Systemen oder mehr aus, da vieles intern symmetrisch respektive dann auch gespiegelt aufgebaut ist.

Jedes dieser Systeme schafft die Belichtung von 200 bis 220 300-mm-Wafern die Stunde. Weil oftmals Schritte mehrfach vollzogen werden, ist die einfache Hochrechnung über x Systeme dann jedoch nicht so einfach, um in Richtung monatliche Kapazität hochzurechnen. Letzte Gerüchte, die aber nur von 1.000 bis 5.000 Wafern im Monat sprachen, klingen jedoch eher zu niedrig, wenn die Fab wie geplant arbeitet.

Nachdem die Medienvertreter ihr Programm abgeschlossen hatten, überzeugte sich Anfang Oktober auch Intels CEO Lip-Bu Tan im Bunny Suit von den Arbeiten in der Fab und positioniert sich vor dem EUV-System als dann auch vor der Anlage mit einem Intel-18A-Wafer.

Kein (interessantes) Packaging vor Ort

Was Fab 52 nicht macht, ist das Packaging, also das Verbinden unterschiedlicher Chips auf einem Träger. Natürlich werden vor Ort einige erste Tests gemacht, doch das komplette Die-Sort, Prep und Co geschieht dann in New Mexico.

Unterm Strich ist ein Packaging-Werk das viel interessantere für einen Besuch, denn während in der Fab 52 primär „nur graue Kästen“ angesehen werden konnten, konnte vor zwei Jahren in Malaysia der ganze Rest betrachtet werden – und das auch nicht nur in 20 Minuten, sondern über Stunden in mehreren Komplexen. Mehr Details zu diesen Schritten, die auch bei Panther Lake noch Bestand haben, gibt es im Bericht aus Malaysia:

• Vor-Ort-Besuch: Einblicke in Intels Test- und Packaging-Prozess in Malaysia

Intel 18A im Überblick

Mit RibbonFET und PowerVia

Eine bahnbrechende Neuerung bei Intel 18A ist zum Beispiel RibbonFET, wie Intel die Next-Gen-Fertigung rund um Gate all around (GAA) nennt. Das ist bei jedem Halbleiterhersteller aktuell das große Ding, das die nächste Dekade über Transistoren definieren wird. Oft auch Nanosheets genannt, sind diese extrem dünnen Fäden – 10.000 Sheets wären noch dünner als ein Blatt Papier – komplett umschlossen und ermöglichen so den perfekten Transistor. Daran wurde Jahrzehnte lang geforscht, nun gehen Samsung, Intel und TSMC hier nahezu im Gleichschritt in die Massenproduktion über.

Backside Power Delivery (BSPD) heißt bei Intel PowerVia. Intels eigene Umsetzung der Technologie soll sich dabei etwas vom Original unterscheiden, nicht nur der Name sei ein anderer. Die grundlegende Technik der rückseitigen Stromversorgung von Transistoren ist wiederum keine exklusive Entwicklung, sie steht bei jeder Firma auf der Roadmap. Intel ist hier jedoch am weitesten fortgeschritten, geht nun als erster in Serienproduktion.

Bisher machen sich Strom- und Signalleitungen auf der Vorderseite eines Chips gegenseitig den Platz streitig, behindern sich mitunter sogar. Die Trennung von beiden bietet mehrere Vorteile sowohl in Richtung Skalierung als auch Effizienz: Signalleitungen haben mehr Platz, während sich auf der Rückseite die Stromzufuhr austoben kann. Ein Nachteil ist jedoch das Handling der Wafer, die in der Produktion gedreht werden müssen.

Da Intel beide neuen Technologien auf Intel 18A optimiert hat, verspricht das Unternehmen diverse Vorteile gleich zu Beginn. Denn das Herauslösen der Stromleitungen vereinfacht am Ende den Produktionsprozess sogar so weit, dass deutlich weniger Masken und Schritte nötig sind, wenn es mit einem klassischen Prozess verglichen würde.

Am Ende soll Intel 18A mit den beiden neuen Technologien Vorteile sowohl bei der Leistung, dem Stromverbrauch und natürlich dem Flächenbedarf bieten.

Höherer Yield als in der Vergangenheit

Intel gibt an, dass die Ausbeute von Intel 18A zum Start besser oder auf vergleichbarem Niveau liegt mit dem, was in den letzten 15 Jahren bei Intel neu gefertigt wurde.

Was das absolut bedeutet, ist allerdings nicht klar, denn wie in den letzten Jahren bekannt wurde, lief eigentlich keiner der Prozesse zum Auftakt wirklich rund: 10 nm war ein vollkommener Fehlschlag, 14 nm mit Broadwell war zum Start ein Desaster und selbst 22 nm mit der Einführung von FinFETs im Jahr 2012 mit Ivy Bridge startete nicht rund. Im Jahr 2017 hatte das Intel im Rahmen einer Präsentation selbst einmal so bestätigt. Am Ende sind aber auch nicht die ersten Wochen entscheidend, sondern wie schnell der Prozess reift. Das wird sich die kommenden Monate zeigen.

Für weitere Details hat Intel zum Start der Fertigung auch noch einmal viele Informationen in einem Video zusammengestellt.

Intel 18A ist nur für Intel

Am Ende ist und bleibt Intel 18A aber ein Prozess erst einmal ausschließlich für Intel. Denn für Intel wurde dieser entwickelt und optimiert, nicht für externe Kundschaft. Deshalb konnte Intel Foundry bisher auch keinen Großkunden gewinnen – ihnen stehen schlichtweg nicht die Tools zur Verfügung, um eigene Chips auf Intel 18A auszulegen.

Für die nächste große Stufe, Intel 14A, wird das andersherum angegangen. Hier soll ein universeller Prozess entstehen, Kunden können diesen dann mit Intel Foundry zusammen optimieren.

Ob das funktioniert, werden die kommenden Jahre zeigen. Platz für zusätzliche EUV-Belichter hat Intel jedenfalls, und das nicht nur in Arizona. Schließlich baut Intel – aktuell zwar nur langsam – einen großen Komplex in Ohio. Ob und wann dieser fertig, oder am Ende komplett kassiert wird, hängt am Erfolg von Intel 14A bei externen Kunden ab, aber auch dem Grundstein, der nun mit Intel 18A gelegt wird.

ComputerBase hat Informationen zu diesem Artikel von Intel im Vorfeld und im Rahmen einer Veranstaltung des Herstellers in Chandler, Arizona, unter NDA erhalten. Die Kosten für Anreise, Abreise und vier Hotelübernachtungen wurden von dem Unternehmen getragen. Eine Einflussnahme des Herstellers auf die oder eine Verpflichtung zur Berichterstattung bestand nicht. Die einzige Vorgabe war der frühestmögliche Veröffentlichungszeitpunkt.

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