Фабрика D1D корпорации Intel в Орегоне традиционно считается пионером в освоении самых передовых полупроводниковых технологий. Уже во второй половине текущего года фабрика D1D первой в мире начнёт производить значительные объёмы продукции с применением новой 45-нанометровой производственной технологии — сначала на базе имеющейся микроархитектуры Intel® Core™, а затем на базе новой микроархитектуры, имеющей в настоящее время кодовое наименование Nehalem, появление которой запланировано в 2008 году. Уже сегодня корпорация Intel располагает работоспособными опытными образцами пяти процессоров из 15 своих будущих 45-нм продуктов. При этом в своей 45-нанометровой производственной технологии корпорация Intel первой в индустрии начала использовать инновационное сочетание новых материалов, которое позволяет значительно сократить токи утечки транзисторов и повысить их производительность. Для создания диэлектрика затвора транзистора применяется новый материал, называемый high-k, а для электрода затвора транзистора использовано новое сочетание металлических материалов.
Именно благодаря фабрике D1D корпорации Intel удалось быстро освоить и технологический процесс предыдущего поколения — а ведь запуск 65-нм процесса пришёлся на непростые для корпорации Intel времена обострения конкуренции на рынке. Сегодня можно констатировать, что благодаря революционным двухъядерным процессорам Intel® Core™ 2 Duo и Intel® Xeon® на базе новой микроархитектуры, выпуск которых начался в июле 2006 года, корпорация Intel смогла вернуть себе утраченные позиции. Однако, как известно, даже самая передовая микроархитектура сама по себе ничего не значит, если нет возможности быстро наладить крупносерийный выпуск и продажи высококачественной продукции. Комментируя успешное развёртывание 65-нм производственного процесса, руководители корпорации Intel неоднократно заявляли: «Это было самое быстрое внедрение новой производственной технологии в истории компании». Ещё никогда производственные технологии и планы выпуска продукции не реализовывались столь эффективно и быстро (напомним, что, по данным на конец 2006 года, Intel произвела по 65-нм технологии 70 млн. процессоров). А стало это возможным в немалой степени благодаря профессиональным действиям персонала фабрики D1D корпорации Intel в штате Орегон.
Обычная практика корпорации Intel — тестирование новых производственных процессов и устранение технологических дефектов на одной из своих экспериментальных фабрик. После того как процесс оказывается в достаточной степени отлажен, он запускается на экспериментальной фабрике в массовое производство, а затем переносится на другие фабрики Intel.
Сотрудники фабрики D1D, которые принимали участие во внедрении новейшей 65-нм технологии, следовали по тому же пути, но в процессе перехода от разработки к внедрению серийного производства они продемонстрировали всё своё мастерство и добились рекордного сокращения продолжительности «экспериментальной» фазы производственного цикла.
Эффективность и производительность работы фабрики измеряется в единицах, которые называют «обороты WIP»; WIP (wafers-in-process) — кремниевые подложки, находящиеся в процессе обработки. WIP позволяет оценить, насколько быстро фабрика может завершить полный цикл обработки подложек. Чем выше обороты WIP, тем меньше время производственного цикла на фабрике и тем больше подложек можно обработать в течение определённого периода времени. Высокое значение оборотов WIP — показатель высокого выхода готовой продукции и высокой рентабельности производства в целом.
Среднее значение показателя оборотов WIP для типичной фабрики Intel, выпускающей крупносерийную продукцию, составляет 1,5-1,7. На некоторых фабриках этот показатель составляет 1,9. На фабрике D1D было достигнуто значение, равное 3. Это практически вдвое превышает уровень производительности, характерный для фабрик Intel.
«Результата можно достичь лишь тогда, когда руководство верит в способности своей команды и достижимость целей, — считает Галшер Грюэл (Gulsher Grewal), директор фабрики D1D. — И чем выше эти цели, тем более значительным будет результат. Мы сразу же поставили перед собой задачу достичь значение оборотов WIP, равное 3, и мы добились своего».
После того как цели были определены, сотрудники D1D сосредоточились на решении двух важнейших задач:
- Обеспечение постоянной готовности всего оборудования.
- Обеспечение максимальной загрузки имеющегося оборудования.
Это может показаться очевидным, но на самом деле не всё так просто. На фабрике D1D был введён режим круглосуточного мониторинга состояния инструментов и оборудования:
— Руководители фабрики семь дней в неделю проводят совещания по оценке работоспособности имеющихся инструментов и оборудования.
— Организовано круглосуточное дежурство технологов и инженеров для оперативного решения проблем, связанных с функционированием оборудования.
— Проводится обучение всех сотрудников D1D быстрому поиску неисправностей и ремонту.
До сих пор ни на одной фабрике Intel не уделялось столько внимания обеспечению готовности средств производства.
«Необходим круглосуточный мониторинг оборудования. В любую минуту вы можете столкнуться с ситуацией, когда что-то не работает. Если произошёл отказ оборудования, необходимо привести в действие план по ликвидации возникшей ситуации. На некоторых других фабриках такие вопросы решаются только в рабочее время, с понедельника по пятницу, но на нашей фабрике D1D мы можем решать эти проблемы круглосуточно семь дней в неделю», — утверждает Грюэл.
Результаты говорят сами за себя. Обычно на фабриках Intel продолжительность выпуска 25 подложек («партии») составляет 81 день. На фабрике D1D этот период сокращён до 51 дня. Таким образом, выход готовой продукции увеличен на 39%.
Но самый главный критерий успешности производства — реальная продукция для клиентов и конечных пользователей. Благодаря рекордному уровню производительности, достигнутому на фабрике D1D, уже в сентябре 2006 года объём реализуемой 65-нм продукции Intel превысил объём продукции, выпускаемой по 90-нм технологии. Переход был совершён в рекордно короткие сроки, ни одна компания в мире на тот момент не располагала 65-нм продуктами.
Не менее важны и возможности технологического процесса, которые оцениваются показателем Process Capability Index (CPI). Он отражает точность соответствия имеющихся инструментов и оборудования техническим требованиям к выпускаемой продукции.
Каждый технологический процесс характеризуется множеством технических требований, включая такие параметры, как толщина плёнок, наплавляемых на подложку, и скорость травления. На фабрике D1D уже два года назад достигнуто полное соответствие всем требованиям CPI для 65-нм производственной технологии.
Исторически сложилось так, что ещё на начальных этапах разработки производственных процессов корпорация Intel начинает уделять серьёзное внимание рентабельности и борется за повышение выхода годных кристаллов на каждой подложке. Обычно приемлемый уровень рентабельности производства достигается через 1-3 года, но в случае D1D это случилось гораздо раньше.
Себестоимость — ещё один важнейший показатель эффективности производственного процесса, поэтому при внедрении 65-нм технологии сотрудники D1D уделяли особое внимание вопросам оптимизации количества выпускаемых тестовых подложек, а также экономии запасных частей, газообразных и химических веществ. Важно также было обеспечить высокую эффективность работы инженеров по эксплуатационному обслуживанию, чтобы гарантировать внимательный анализ и решение всех возникающих проблем.
Как считает Грюэл, «если вы привыкли к тому, что себестоимость продукции не имеет значения, вы будете тратить любые средства, чтобы поддерживать оборудование в работоспособном состоянии. Мы поступаем по-другому — стараемся точно определить, что вышло из строя. Может быть, не нужно полностью заменять дорогостоящий агрегат, а можно ограничиться заменой какого-то его более дешёвого компонента? Такое внимание к деталям позволяет добиться существенной экономии средств».
В результате расходы на эксплуатацию оборудования оказались минимальными за всю историю внедрения новых производственных технологий в Intel. Обычно окупаемость серийного производства Intel достигается за девять кварталов. Расчёты показывают, что фабрике D1D удаётся добиться окупаемости продукции за шесть кварталов.
Корпорация Intel — производственный лидер
Хронология внедрения 65-нм процесса
26 апреля 2003 года: корпорация Intel торжественно открыла фабрику D1D, уникальное предприятие для разработки и производства подложек диаметром 300 мм. Фабрика расположена в штате Орегон. Площадь «чистых» производственных помещений на фабрике составляет почти 19000 квадратных метров.
24 ноября 2003 года: корпорация Intel объявила о том, что её специалисты на базе мощностей фабрики D1D создали полностью рабочую микросхему статического ОЗУ объёмом 4 мегабита по 65-нм производственному процессу.
21 апреля 2004 года: корпорация Intel обнародовала планы по временной приостановке производства на фабрике Fab 12 в штате Аризона и переводе её с 200-мм на 300-мм кремниевые подложки, чтобы обеспечить поддержку нового 65-нм процесса.
19 мая 2004 года: корпорация Intel подтвердила планы расширения фабрики Fab 24 в Ирландии, чтобы обеспечить возможности производства продукции по 65-нм технологии.
30 августа 2004 года: корпорация Intel представила полностью рабочие микросхемы статического ОЗУ объёмом 70 мегабит, содержащие более 500 миллионов транзисторов и изготовленные по 65-нм производственной технологии на фабрике D1D.
5 мая 2005 года: корпорация Intel обнародовала планы по началу серийного выпуска продукции по 65-нм технологии во второй половине 2005 года и заявила о том, что к концу 2006 года будет располагать четырьмя фабриками с 65-нм производственными линиями.
20 сентября 2005 года: корпорация Intel объявила о том, что занимается проектированием высокопроизводительных процессоров с ультранизким энергопотреблением, предназначенных для мобильных платформ и портативных устройств. Эти процессоры будут выпускаться на базе 65-нм технологии.
18 октября 2005 года: корпорация Intel объявила о начале коммерческого производства и поставок двухъядерных микропроцессоров по своей 65-нм технологии на базе 300-мм подложек. Корпорация Intel сообщила, что к концу года планируется увеличить объём выпуска 65-нм процессоров до сотен тысяч штук, а в 2006 году должен начаться серийный выпуск широко разрекламированных двухъядерных процессоров с кодовыми наименованиями Yonah, Presler и Dempsey.
2 ноября 2005 года: после модернизации корпорация Intel вновь открыла свою передовую фабрику Fab 12 в Чандлере, шт. Аризона, предназначенную для массового производства микросхем. Теперь эта фабрика смогла начать выпуск подложек диаметром 300 мм по 65-нм технологии. Она стала второй крупносерийной фабрикой Intel, предназначенной для выпуска изделий по 65-нм производственному процессу.
4 апреля 2006 года: корпорация Intel объявила о создании опытного образца микросхемы многоуровневой флэш-памяти NOR объёмом 1 Гбит, произведённой по передовой 65-нм производственной технологии.
27 апреля 2006 года: глава Intel Пол Отеллини (Paul Otellini) объявил о том, что объём производства подложек для 65-нм процессоров превысил объём производства подложек для 90-нм процессоров. Он также добавил, что 65-нм технология — не только последнее достижение корпорации Intel с точки зрения повышения плотности размещения транзисторов, но и «самый лучший производственный процесс в истории Intel».
22 июня 2006 года: корпорация Intel ещё раз доказала своё превосходство в области производства интегральных микросхем. Была открыта новая очередь передовой крупносерийной фабрики Fab 24, которая находится в Лейкслипе (Ирландия). Fab 24 — третья фабрика Intel, которая может выпускать микросхемы по 65-нм технологии, и первая фабрика в Европе с возможностями массового выпуска такой продукции.
27 июля 2006 года: официально представлены 10 первых процессоров, созданных с помощью 65-нм процесса на базе новой революционной микроархитектуры Intel® Core™.