首次公開(kāi)：世界最神秘的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)計(jì)基地，向我們打開(kāi)了大門(mén)

從設(shè)計(jì)，到生產(chǎn)，到測(cè)試、調(diào)整、再生產(chǎn)，到最后的出廠和面市，一枚小小的芯片，要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜而又漫長(zhǎng)的流程。

對(duì)于這些流程，許多半導(dǎo)體從業(yè)者都能如數(shù)家珍。然而，極少有人能夠真正進(jìn)入全世界最頂級(jí)、最高機(jī)密的晶圓工廠，以及裝備了最尖端技術(shù)設(shè)備的芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，以最近的距離，親眼目睹一枚芯片的誕生全過(guò)程。

沒(méi)跟你夸張：別說(shuō)客戶進(jìn)不去，就連在全球十二萬(wàn)員工的英特爾自己，也只有 1-2% 左右的員工能夠出入它的芯片生產(chǎn)車(chē)間；99% 的員工甚至沒(méi)有機(jī)會(huì)和晶圓拍一張合影。

而在今天，難掩自豪的硅星人終于可以說(shuō)，我們不僅和 Raptor Lake 晶圓（即將發(fā)布的 13 代酷睿處理器）合過(guò)影，還是穿著無(wú)塵車(chē)間的“兔子服”：

△ 圖片來(lái)源： via 英特爾

在這張照片被拍下的 10 分鐘前，我剛剛從英特爾以色列 Fab 28 晶圓工廠出來(lái)。這家可以和“芯片技術(shù)創(chuàng)新”劃等號(hào)的全球頂級(jí)半導(dǎo)體公司，在前不久終于對(duì)來(lái)自十多個(gè)國(guó)家的分析師，首次敞開(kāi)了它久富盛名的晶圓廠大門(mén)。

別嫌棄我們沒(méi)見(jiàn)過(guò)世面：對(duì)于任何科技從業(yè)者，這都稱得上是“一生難得”的機(jī)會(huì)。就連 YouTube 科技類頂流大號(hào) Linus Tech Tips，在參觀之后都高呼："I can die now."（注：這里的 die 是個(gè)雙關(guān)，還有晶粒的意思。）

好東西沒(méi)道理獨(dú)享。接下來(lái)，沖一杯咖啡，開(kāi)一包零食，跟硅星人共同走進(jìn)英特爾以色列 Fab 28 晶圓廠以及 IDC 芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，一探究竟吧。

/ 進(jìn)入工廠 /

Fab 28 是英特爾歷史上建立的第一座非美國(guó)本土晶圓廠，于 1996 年落成，坐落在以色列迦特鎮(zhèn) (Kiryat Gat)。

巴以地區(qū)飽受戰(zhàn)亂，一般人會(huì)感覺(jué)在這里建廠不太安全。然而真實(shí)情況是：考慮到人才儲(chǔ)備、政策優(yōu)勢(shì)、軍工科技的滴漏效應(yīng)等因素，英特爾早在 1974 年就來(lái)這里建立了以色列設(shè)計(jì)中心 IDC（后改名為以色列研發(fā)中心 IDC）。而把工廠和研發(fā)中心放在一起，是符合邏輯的做法。

后來(lái)，英特爾在耶路撒冷建立了 Fab 8，再后來(lái)又在迦特鎮(zhèn)建立了 Fab 28。 直到今天，該工廠仍然是酷睿處理器的主要生產(chǎn)地，對(duì)于英特爾意義非凡。

△ Fab 28 主體辦公樓   圖片來(lái)源：杜晨 / 硅星人

△ Fab 28 無(wú)塵車(chē)間所在的大樓遠(yuǎn)景   圖片來(lái)源：杜晨 / 硅星人

而正如前文提到，在所有英特爾員工當(dāng)中，能夠進(jìn)入到工廠生產(chǎn)環(huán)境，甚至無(wú)塵車(chē)間的少之又少。這不，剛一進(jìn)入大樓，沒(méi)走幾步，就看到了“保護(hù)區(qū)域”(protected area) 的警示牌，意思是這些區(qū)域的辦公室和工作環(huán)境可能高度涉密：

△ Fab 28 無(wú)塵車(chē)間所在的大樓遠(yuǎn)景   圖片來(lái)源：杜晨 / 硅星人

在正式進(jìn)入 Fab 28 晶圓廠無(wú)塵車(chē)間之前，我們首先見(jiàn)到了 Daniel Benatar，英特爾全球芯片生產(chǎn)的總負(fù)責(zé)人。他介紹了這次在 Fab 28 能夠親眼見(jiàn)到的芯片生產(chǎn)關(guān)鍵過(guò)程，包括離子注入 (implant)、擴(kuò)散 (diffusion)、光刻、蝕刻 (etch)、薄膜、平坦化 (planarization)、受控折疊芯片連接 (C4) 等

△ Daniel Benatar 講解晶體管電路設(shè)計(jì)的變化   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

/ 第一站: 無(wú)塵化 /

參觀正式開(kāi)始，我所在的一組的“導(dǎo)游”是 Fab 28 工廠經(jīng)理 Oren Cohen。

在他的帶領(lǐng)下，我們?cè)谵k公樓里來(lái)回穿梭，上樓下樓幾次，終于來(lái)到了潔凈室 / 無(wú)塵車(chē)間 (Cleanroom) 的入口。這里有一道安檢門(mén)，只有得到授權(quán)的員工才可以刷卡進(jìn)入。

△ 圖片來(lái)源：Linus Tech Tips

為了避免攜帶污染物物，所有人在進(jìn)入無(wú)塵車(chē)間之前都必須穿上外號(hào)“兔子服”(bunny suit) 的防護(hù)服。然而在穿上兔子服之前，我們首先要戴上鞋套、頭套、胡須套，和布手套。

這個(gè)區(qū)域并不是完全無(wú)塵，但已經(jīng)采用了和無(wú)塵車(chē)間相同的加壓?jiǎn)蜗蚩諝饬魍ㄏ到y(tǒng)：它的氣壓比外面辦公區(qū)域更高，高度凈化過(guò)的空氣自上方吹入，從下方吸走，這樣一切可能漂浮在空中的污染物都可以被盡快捕捉。

先要戴好手、鞋、頭套，才可進(jìn)入下一區(qū)域穿防護(hù)服   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

然后我們進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域，穿上正經(jīng)的兔子服。這個(gè)區(qū)域的氣壓又比前一個(gè)更高，結(jié)果就是距離真正的無(wú)塵車(chē)間越近，空氣越干凈，污染物越少。兔子服一共四件：頭罩、連體衣、鞋罩和乳膠手套。同行者也要互相幫助檢查穿戴覆蓋是否完整。

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

但實(shí)際上兔子服保護(hù)的并不是我們，而是車(chē)間里的設(shè)備和晶圓 / 芯片本身。

這些生產(chǎn)資料對(duì)于污染極其敏感，任何顆粒物都有可能廢掉一整張硅片。整個(gè) Fab 28 一年 364 天 7×24 小時(shí)不間斷工作，產(chǎn)量極大。如果環(huán)境不夠清潔，哪怕一分鐘的污染暴露就足以累計(jì)上百萬(wàn)美元的損失。進(jìn)而為了清潔和維修工作而暫時(shí)停工，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大損失。

這也是為什么英特爾對(duì)于清潔的要求如此之高：每立方米顆粒物數(shù)不得高于 1（手術(shù)室要求只有 3 萬(wàn)左右）。

甚至這個(gè)區(qū)域內(nèi)使用的所有工具，都必須實(shí)現(xiàn)無(wú)塵化。工作人員“沒(méi)收”了我的筆記本，然后發(fā)給了我一套專門(mén)在無(wú)塵車(chē)間里使用的紙和筆…… 因?yàn)樗鼈儾捎玫氖翘厥饧垙埡陀湍?，不容易產(chǎn)生靜電和纖維、顆粒物脫落。

圖片來(lái)源：杜晨 / 硅星人

/ 到處都是機(jī)器人 /

穿好兔子服，完成無(wú)塵化之后，我們終于正式進(jìn)入了 Fab 28 的無(wú)塵車(chē)間。這里的氣壓是整棟樓里最高的。

從畫(huà)面中你也許能夠看到一點(diǎn)“泛黃”，這是因?yàn)槿肟趨^(qū)域直接和車(chē)間的光刻 (Litho) 部門(mén)相連。一般的白光其實(shí)是多種光的復(fù)合，會(huì)對(duì)晶圓造成影響，所以光刻部門(mén)區(qū)域都會(huì)采用純粹無(wú)影響的黃光：

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

剛一走進(jìn)車(chē)間，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)：就在頭頂不到一米的上方，一臺(tái)臺(tái)大福 (Daifuku) 機(jī)器人正在沿著軌道來(lái)回穿梭。

這些機(jī)器人攜帶的黑色“貨物”叫做 FOUP—— 前開(kāi)式統(tǒng)一處理盒 (Front Opening Unified Pod)。

FOUP 的作用，是在工廠的各個(gè)區(qū)域和部門(mén)，成百上千臺(tái)各種功能的設(shè)備之間運(yùn)輸寶貴的晶圓。

機(jī)器人用機(jī)械臂抓住一臺(tái) FOUP   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

每臺(tái) FOUP 最大容量 25 張晶圓    圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

下面兩張圖是對(duì)機(jī)器與 FOUP 接口處的拍攝，可以看到雙方的機(jī)械臂可以互相配合，安全地抓取和放置晶圓，確保在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)晶圓品質(zhì)造成的影響最小化：

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

FOUP 所運(yùn)行的軌道，在英特爾內(nèi)部稱為“自動(dòng)超級(jí)高速”（ASH），遍布整個(gè)車(chē)間。在任何一個(gè)“路口”抬頭看，一眼都能看到至少 7、8 臺(tái)機(jī)器人。整個(gè)工廠到底有多少臺(tái) FOUP？英特爾并沒(méi)有回答，只是透露有“上千”臺(tái)。

值得注意的是，F(xiàn)OUP 不僅可以在無(wú)塵和有塵區(qū)域中間運(yùn)行，英特爾還正在 Fab 28 旁邊修建一座更大規(guī)模的晶圓廠 Fab 38，屆時(shí)兩座工廠之間也會(huì)用 ASH 軌道進(jìn)行連接，一張硅片可能先在 28 進(jìn)行離子注入，又被飛速運(yùn)到 38 完成光刻，再運(yùn)回來(lái)……

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

/ 無(wú)塵車(chē)間逛一遍 /

整個(gè)車(chē)間面積達(dá)到了 4 個(gè)美式橄欖球場(chǎng)，裝滿了各種機(jī)器，完成各式任務(wù)。僅我肉眼能夠看到的設(shè)備里，來(lái)自應(yīng)材、ASML、東京電子等全球五大半導(dǎo)體設(shè)備商的產(chǎn)品，在這里已經(jīng)齊聚一堂。

在參觀過(guò)程中，工作人員一再提醒我們：不要亂按按鈕，不要靠在機(jī)器上面，甚至連摸都不讓摸…… 這是因?yàn)樾酒a(chǎn)的精度要求極高，任何意外觸碰都有可能產(chǎn)生振動(dòng)，甚至機(jī)器移位，導(dǎo)致生產(chǎn)缺陷或機(jī)器故障。事實(shí)上，包括 Fab 28 在內(nèi)，英特爾在全球的數(shù)十家晶圓廠都坐落在地殼運(yùn)動(dòng)相對(duì)更穩(wěn)定的地區(qū)，車(chē)間內(nèi)一些高精密的機(jī)器也直接安裝在抗震板上面。

EMO 按鈕，按完就 emo…… 其實(shí)它是緊急手動(dòng)超控的意思   圖片來(lái)源：Linus Tech Tips

前面看完了天上飛來(lái)飛去的 FOUP 之后，下一站我們來(lái)到了缺陷應(yīng)對(duì)部門(mén)。

只要工廠在運(yùn)轉(zhuǎn)，缺陷應(yīng)對(duì)部門(mén)就不下班。他們的工作是一年 364 天 ×24 小時(shí)不間斷應(yīng)付生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種缺陷，評(píng)估缺陷的原因，如果是遇到過(guò)的話，就利用已經(jīng)制定的應(yīng)對(duì)手段立即處理。如果是前所未有的缺陷，那么現(xiàn)場(chǎng)工程師會(huì)把各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，立即組織團(tuán)隊(duì)研究原因，盡快研究開(kāi)發(fā)出新的應(yīng)對(duì)手段。

電子顯微工程師 Shai Perets 向我們介紹，這也是為什么缺陷應(yīng)對(duì)團(tuán)隊(duì)被稱為“夢(mèng)之隊(duì)”，因?yàn)檫@項(xiàng)工作的全稱是 DREAM - defect reduction evaluation and methods （缺陷降低評(píng)估和方法）—— 不僅檢測(cè)缺陷，還要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)避免缺陷、提高良率的方法和技術(shù)。

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

整個(gè)廠內(nèi)的工程師團(tuán)隊(duì)工作方式也比較特別，通常分為現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程兩組。以“夢(mèng)之隊(duì)”為例，有人在樓下車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)、完成操作；樓上辦公區(qū)的指揮中心里，還有一個(gè)專門(mén)的辦公室，里面坐滿了一群對(duì)芯片誕生全流程都足夠了解的“全能型”工程師，負(fù)責(zé)缺陷分析工作。

英特爾把這些現(xiàn)場(chǎng)工程師比喻為“宇航員”，而樓上的工程師則是“休斯頓地面控制中心”。

缺陷應(yīng)對(duì)部門(mén)指揮中心的團(tuán)隊(duì)   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

下一站，我們來(lái)到了光刻部門(mén)。

在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)，我們看到了應(yīng)目前市面已知最先進(jìn)的 36nm 極限分辨率的光刻機(jī)。 工程師 Batz Kleiz 告訴我，光刻部門(mén)主要采用的設(shè)備來(lái)自 ASML、東京電子等企業(yè)。每臺(tái)機(jī)器的成本都高達(dá)數(shù)千萬(wàn)美元，而考慮到車(chē)間的面積就達(dá)到了 4 個(gè)橄欖球場(chǎng)…… 可想而知這座工廠有多值錢(qián)。

一家晶圓廠的光刻部門(mén)   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

一組流水線包括光刻、涂膜、顯影等多種功能機(jī)器，晶圓在這些機(jī)器之間來(lái)回傳遞。大部分情況下機(jī)器之間可以直接在密閉接口完成交換，有時(shí)候則要用到前面提到的 FOUP 對(duì)晶圓進(jìn)行“長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)移”。

Kleiz 表示，經(jīng)過(guò)多年的光刻生產(chǎn)流程優(yōu)化，現(xiàn)在流水線的出片速度非常之快。盡管具體數(shù)字無(wú)法透露，整個(gè) Fab 28 光刻工藝每分鐘出片已經(jīng)達(dá)到了“四位數(shù)”。

一臺(tái)設(shè)備內(nèi)部的機(jī)械臂正在轉(zhuǎn)移晶圓  圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

英特爾還想演示一下，當(dāng)機(jī)器出了故障到底該怎么辦。

英特爾以色列有一個(gè)特殊人才計(jì)劃“Ofek Darom”，不看教育背景和出身，只要好學(xué)、真誠(chéng)、有驅(qū)動(dòng)力，哪怕是農(nóng)民也可以“轉(zhuǎn)職”芯片工程師。但是這樣也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，就是新手每次“出外勤”還要老師傅帶新人，不僅麻煩，學(xué)習(xí)成本也高。

而在最近幾年，英特爾在包括 Fab 28 在內(nèi)的全球許多工廠里都開(kāi)始用上了 AR 教學(xué)。新手工程師戴上 HoloLens 頭顯，可以直接在現(xiàn)場(chǎng)觀看 AR 教程，里面會(huì)教你每種工具放在工具箱什么位置，某個(gè)螺絲應(yīng)該擰多少圈，按鈕先按哪個(gè)后按哪個(gè)等等。

這些 AR 教程和工具，工程師可以隨時(shí)隨地自己編寫(xiě)。英特爾表示自從采用了 AR 技術(shù)來(lái)輔助培訓(xùn)之后，員工上手的速度快了很多。目前僅在無(wú)塵車(chē)間里就有至少 150 名來(lái)自于“Ofek Darom”計(jì)劃的工程師，只用三年時(shí)間就完成了訓(xùn)練，能夠正常獨(dú)立完成各項(xiàng)工作。

圖片來(lái)源：Linus Tech Tips

因?yàn)闄C(jī)器實(shí)在太多了，長(zhǎng)得又都差不多，工作人員發(fā)現(xiàn)在車(chē)間里特別容易迷路，而且有些維修工作非常緊急，精神高度集中，反而會(huì)找錯(cuò)機(jī)器，造成不必要的損失。

于是，除了給車(chē)間里的每一條路，每一個(gè)路口，每一臺(tái)機(jī)器都進(jìn)行了編號(hào)之外，英特爾還給機(jī)器加上了【顏色 + 動(dòng)物】的視覺(jué)標(biāo)識(shí)，比如“藍(lán)蝎子”、“紅犀?！?、“綠斑馬”，這樣一來(lái)有效降低了工程師在緊張工作的時(shí)候出錯(cuò)的概率。

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

整個(gè)參觀的無(wú)塵車(chē)間部分，到這里告一段落。再給大家放幾張車(chē)間里的照片吧，畢竟一般人很難進(jìn)去：

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

英特爾對(duì)降低缺陷提高質(zhì)量的追求，可以被下面這句話所體現(xiàn)：Every die wants to live—— 每一枚晶粒都想活下來(lái)。

圖片來(lái)源：Linus Tech Tips

下圖可以注意地面的綠色帶孔地板，整個(gè)無(wú)塵車(chē)間包括配套區(qū)域采用的都是加壓?jiǎn)蜗蚩諝饬魍ǎ呵鍧崯o(wú)塵的空氣從上方噴出，從地板吸走，越接近無(wú)塵車(chē)間氣壓越大。

這個(gè)系統(tǒng)也是一年 365 天 24 小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，每 20 秒就可以把整個(gè)車(chē)間的空氣全都置換一遍。

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

工作人員假裝擦拭設(shè)備，其實(shí)因?yàn)檎麄€(gè)區(qū)域太干凈，完全用不著。  圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

設(shè)備內(nèi)鏡頭，記錄芯片誕生過(guò)程中的部分工藝   圖片來(lái)源：英特爾

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

晶圓廠不同區(qū)域之間的員工走道   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

走出了無(wú)塵車(chē)間，我們把進(jìn)來(lái)時(shí)的流程倒著走一遍，脫掉一身的防護(hù)裝備。這一趟不是很熱，但是有點(diǎn)憋，主要是防護(hù)服、口罩、眼鏡、乳膠手套都不透氣，因?yàn)閮x器工作要求車(chē)間里空調(diào)又不能開(kāi)太冷（實(shí)感 28°C）。

所以終于出來(lái)脫掉兔子服的時(shí)候，整個(gè)人呼吸都更順暢了 —— 這也讓我由衷欽佩那些一整年的每天大部分時(shí)候都要呆在車(chē)間里的英特爾員工……

值得注意的是，F(xiàn)OUP 不僅可以在無(wú)塵和有塵區(qū)域中間運(yùn)行，英特爾還正在 Fab 28 旁邊旁邊修建 Fab 38，屆時(shí)軌道將會(huì)把兩座工廠串在一起，F(xiàn)OUP 和機(jī)器人都可以來(lái)回穿行。

/ 眺望 Fab 38 /

從車(chē)間一出來(lái)，緊接著我們就被帶到了旁邊的停車(chē)樓樓頂。這里正好可以看到旁邊正在建設(shè)中的 Fab 38 工地。

Fab 38，代號(hào)“Sparrow”，是英特爾在 Fab 28 的旁邊修建的一座新晶圓廠，面積差不多（原話“還是 4 個(gè)美式橄欖球場(chǎng)”），但整體技術(shù)水平更加先進(jìn)，耗資超過(guò) 10 億美元。

由于 Fab 38 采用了特殊的房頂設(shè)計(jì)，需要一座極其巨大的起重機(jī)才能夠吊起組成房頂?shù)囊还?jié)鋼架。

于是英特爾找來(lái)了比利時(shí)起重巨頭 Sarens，在 Fab 38 工地上組裝一臺(tái) SGC 系列巨型起重機(jī)。這將是目前為止全球第二大起重機(jī)，吊鉤載重達(dá)到了驚人的 2850 噸。（第一大在慕尼黑，客戶也是英特爾）僅為了組裝這臺(tái)起重機(jī)都要用到 4 臺(tái)塔吊，花費(fèi)至少一個(gè)季度。

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

而且整個(gè)工程實(shí)在太大，需要的水泥太多，以至于英特爾直接在工地旁邊修建了自己的水泥廠。

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

Fab 28 代表的是英特爾的今天，而 Fab 38 將會(huì)代表這家芯片巨頭的未來(lái)。

落成啟用后，F(xiàn)ab 38 預(yù)計(jì)將主要采用更新的 RibbonFET + PowerVia 技術(shù)來(lái)取代“過(guò)時(shí)”的 FinFET 晶體管工藝，用于生產(chǎn) Intel 4、3、20A 等未來(lái)制程產(chǎn)品，并且成為近兩年公司力推的代工服務(wù)戰(zhàn)略 IDM 2.0 的基地之一，從而更好地服務(wù)亞洲和歐洲的代工客戶。

/ IDC 芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室 /

上世紀(jì) 70 年代美國(guó)半導(dǎo)體人才嚴(yán)重短缺，英特爾召回了公司早期員工、EPROM 技術(shù)的發(fā)明者多夫?福羅曼 (Dov Frohman)，滿足了他返回故土以色列創(chuàng)辦高科技研究中心的夙愿，讓他在海法創(chuàng)辦了 IDC。最初 D 字代表設(shè)計(jì) (design)，后來(lái)全面升級(jí)為研發(fā) (development)。

IDC 大樓   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

這次我的以色列行程，除了 Fab 28 之外的另一站就是位于 IDC 的芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)，芯片測(cè)試并不是從產(chǎn)線上隨機(jī)抽個(gè)樣，裝到主板上看下能不能開(kāi)機(jī) —— 整個(gè)測(cè)試流程非常復(fù)雜，要求嚴(yán)苛，而且該公司的指標(biāo)是“每一枚出廠的芯片都必須經(jīng)過(guò)測(cè)試”（流程不盡相同）。

為此英特爾在 IDC 大樓內(nèi)修建了一座巨大的、迷宮一般的芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，包括開(kāi)機(jī)、驗(yàn)證、游戲、跑分、外設(shè)兼容、極端環(huán)境穩(wěn)定性等多項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容。甚至當(dāng)芯片出現(xiàn)故障的時(shí)候，這里還有一個(gè)神秘的“芯片手術(shù)室”，有一組身份對(duì)外保密的工程師在里面，對(duì)芯片進(jìn)行納米級(jí)微創(chuàng)手術(shù)……

另外在前面提到的 IDM 2.0 戰(zhàn)略之下，英特爾還為包括微軟、戴爾、聯(lián)想等在內(nèi)的 Windows 設(shè)備品牌提供測(cè)試服務(wù)，這些測(cè)試工作也是在 IDC 的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行的。

這些測(cè)試工作不僅由 IDC 員工完成，每次有新一代芯片問(wèn)世時(shí)，來(lái)自全球各地的設(shè)計(jì)師、工程師都會(huì)參與。

一只貓?jiān)诖髽情T(mén)口睡覺(jué)    圖片來(lái)源：杜晨 / 硅星人

IDC 走廊    圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

接下來(lái)正式進(jìn)入芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。我們的第一站是開(kāi)機(jī)房 (power-on room)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，芯片設(shè)計(jì)師首先做出紙面設(shè)計(jì)，然后交到晶圓廠“打樣”，花費(fèi)幾周到幾個(gè)月不等的時(shí)間生產(chǎn)出 ES1（工程師樣本）芯片。出廠之后，測(cè)試樣品的第一環(huán)節(jié)就是開(kāi)機(jī)。

圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

然后是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室 (validation lab)。在這里，英特爾會(huì)進(jìn)一步對(duì)芯片的各項(xiàng)子系統(tǒng)（集成顯卡、邏輯、內(nèi)存、連通性、兼容性）進(jìn)行深入的驗(yàn)證測(cè)試。

由于英特爾需要在這里運(yùn)行數(shù)百甚至上千臺(tái)測(cè)試機(jī)，整個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室的占地面積也很大。這樣做的原因是測(cè)試工作不能隨便抽幾張芯片進(jìn)行，必須實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。

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驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

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驗(yàn)證測(cè)試環(huán)節(jié)會(huì)采用一些市面在售的硬盤(pán)、內(nèi)存、顯卡等。但為了更好地測(cè)試芯片對(duì)于還未普及的新技術(shù)的兼容性，工作人員也會(huì)自主設(shè)計(jì)一些高度定制化的主板、PCIe 模擬卡、USB 外設(shè)模擬設(shè)備等。

比如，測(cè)試用的主板就不是市售的，而是英特爾自主設(shè)計(jì)，名為“參考驗(yàn)證平臺(tái)” (RVP)，里面的功能和配置都可以通過(guò)遠(yuǎn)程遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)，省的工程師還要跑來(lái)跑去進(jìn)行調(diào)試。

再比如下圖中的這張看起來(lái)有點(diǎn)像顯卡的東西：其實(shí)它是第一臺(tái)采用 PCIe 5.0 的設(shè)備，是英特爾的測(cè)試工程師為了測(cè)試新芯片（包括 12 和即將發(fā)布的 13 代酷睿）的 PCIe 5.0 兼容性，而專門(mén)自己設(shè)計(jì)的 FPGA（由 Altera 生產(chǎn)）。

PCIe 5.0 測(cè)試用 FPGA   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

你可以把這張卡看成是一個(gè)“超級(jí)模擬器”，它能夠模擬顯卡、存儲(chǔ)、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等各種各樣的設(shè)備，但它更重要的作用是監(jiān)控并記錄測(cè)試對(duì)象芯片對(duì)于 PCIe 5.0 設(shè)備的控制性能表現(xiàn)。并且由于它是一臺(tái) FPGA，工程師可以輕松地使用 DIP 開(kāi)關(guān)以及重新編程的方式來(lái)快速修改它的功能和性能 —— 也即調(diào)節(jié)測(cè)試當(dāng)中的變量。

除了這張 FPGA 卡之外，英特爾還自主開(kāi)發(fā)了很多靈活調(diào)節(jié)的測(cè)試裝備。比如測(cè)試視頻輸出，CPU 集成顯卡需要支持多顯示器，但是在實(shí)驗(yàn)室里每臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)都裝一堆顯示器太占地方了，于是英特爾開(kāi)發(fā)了一個(gè)像是 U 盤(pán)一樣的裝置，能夠模擬多臺(tái)顯示器插入的狀態(tài)，直接插在主板上就行了。

下面這個(gè)東西也是英特爾自己攢出來(lái)的，專門(mén)測(cè)試各種 USB-C 接口的性能。大家知道 C 口支持的 USB 版本、傳輸協(xié)議、功能非常多，相當(dāng)混亂，買(mǎi)錯(cuò)線 / 轉(zhuǎn)接頭是常有的事。而英特爾希望能夠確保芯片在盡可能多的情況下設(shè)備都能夠正常工作，于是設(shè)計(jì)了這么一個(gè)能夠模擬各種傳輸協(xié)議、菊花鏈等情況。

圖片來(lái)源：Linus Tech Tips

以及下圖紅色管道的裝置：這并不是什么 CPU 風(fēng)扇 / AIO 之類的東西，它正式的名字是液壓氣動(dòng)冷卻系統(tǒng) (HPCS)，也可以叫熱管 (thermal head)，作用是模擬各種可能出現(xiàn)的溫度變化情況，比如冷啟變熱、熱啟變冷、急熱急冷等，從而確保最終芯片在各種情況下都能夠保持可靠性能。

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既然是芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，如果測(cè)出了問(wèn)題該怎么辦？

答案當(dāng)然是送去檢修了。而這些最重要的工作，都在地下的 debug 實(shí)驗(yàn)室完成。

最后，我們來(lái)到了 debug 實(shí)驗(yàn)室。這里的工程師的任務(wù)是根據(jù)樓上匯報(bào)的問(wèn)題找到問(wèn)題究竟出在在哪里，確認(rèn)原因，并且試圖通過(guò)各種不同的方式來(lái)進(jìn)行修復(fù)，然后將修復(fù)結(jié)果交給設(shè)計(jì)師，讓他們?nèi)ブ匦滦薷男酒脑O(shè)計(jì)。

一位 debug 工程師告訴我，按理來(lái)說(shuō)，如果自己的設(shè)計(jì)師同事都在認(rèn)真無(wú)誤地工作，他們應(yīng)該是失業(yè)的…… 不過(guò)現(xiàn)實(shí)情況并非如此，在指甲蓋大小的一塊晶粒上，可能要分到幾十甚至上百設(shè)計(jì)師，每人負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)塊。而在區(qū)塊之間，很可能因?yàn)殡娐返捻樞蚋沐e(cuò)了，而導(dǎo)致芯片無(wú)法正常工作，“在我們這再正常不過(guò)了?！?/p>

而且，一年到頭出 bug 的概率還是挺小的，所以這支 debug 工程師團(tuán)隊(duì)也并不大（當(dāng)天在辦公室里的就五個(gè)人）。

麻雀雖小，五臟俱全。debug 部門(mén)擁有我在整個(gè)芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室里見(jiàn)到的最酷的裝備。

圖中右側(cè)的 LADA 機(jī)器，能夠用高功率激光改變芯片工作原理  圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

首先是下面這臺(tái)機(jī)器，它的名字叫做 LADA，全稱“激光輔助期間改變”(laser-assisted device alteration）。比方說(shuō) debug 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了芯片中的某根晶體管出現(xiàn)了問(wèn)題，想要驗(yàn)證一下修改建議是否有效 —— 只需要把芯片放到這臺(tái)機(jī)器下方，用超高精度和高功率的激光對(duì)芯片的指向部位進(jìn)行照射，就可以修改那根晶體管的屬性，從而改變芯片的工作方式。

LADA 機(jī)器   圖片來(lái)源：Linus Tech Tips

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而如果激光也不能完全解決問(wèn)題，需要對(duì)芯片動(dòng)手術(shù)，怎么辦？

我被帶進(jìn)了一個(gè)更神秘的房間：

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房間中間的機(jī)器名為 FIB，也即聚焦離子束 (focused ion beam)。這臺(tái)機(jī)器真的堪稱芯片的手術(shù)臺(tái)：它先用激光對(duì)已經(jīng)封裝好的芯片進(jìn)行燒灼。在封蓋上切出一個(gè)微米級(jí)別的“創(chuàng)口”，然后再用 FIB 對(duì)芯片上的電路進(jìn)行亞微米級(jí)別的“修改”。

英特爾沒(méi)有透露公司一共有多少 FIB 工程師，只是表示達(dá)到該公司要求的技術(shù)操作級(jí)別的操作員，在全世界可能也就兩位數(shù)。

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以下圖為例：離子束能夠在極微小的電路上架設(shè)出新的橋梁，把設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的電路用正確的方式連接起來(lái)。用 FIB 技術(shù)對(duì)芯片進(jìn)行物理修改，能夠減少設(shè)計(jì)方案修改次數(shù)，加速方案的驗(yàn)證流程，最終縮短芯片研發(fā)時(shí)間和周期，確保滿足英特爾對(duì)于一代芯片 24-36 個(gè)月不等的研發(fā)周期 deadline。

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以上就是這次硅星人對(duì)英特爾 Fab 28 和 IDC 芯片測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的訪問(wèn)記錄。

這次訪問(wèn)是英特爾在以色列舉辦的 Intel Technology Tour (ITT) 的一部分，共有來(lái)自全球十多個(gè)國(guó)家的數(shù)十位分析師參加。ITT 議程還包括即將發(fā)布的 13 代酷睿芯片的 demo 等更多新技術(shù)和產(chǎn)品。另外，上周我們也撰寫(xiě)了一篇對(duì)以色列科創(chuàng)環(huán)境、創(chuàng)業(yè)文化的報(bào)道，歡迎各位閱讀。

同時(shí)歡迎讀者朋友繼續(xù)關(guān)注硅星人，下周我們將揭曉一款由英特爾開(kāi)發(fā)的跨平臺(tái)（電腦 / 智能手機(jī)）的全新軟件產(chǎn)品。

更多 Fab 28 及 IDC 照片：

測(cè)試中的（13 代酷睿？）芯片   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

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來(lái)自第三方公司的工作人員正在測(cè)試 13 代酷睿超頻性能   圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

我們?cè)谛谐讨羞€見(jiàn)到了 Arik Shemer。他是一位芯片 debug 工程師，和許多以色列早期員工一樣也是從美國(guó)“返鄉(xiāng)”的，1978 年開(kāi)始工作，至今已經(jīng) 44 年，在公司內(nèi)部現(xiàn)職員工年份里卻只能排到前 30。

不過(guò)他很自豪地表示，當(dāng)年經(jīng)常拍電報(bào)發(fā)郵件（不是 email）聯(lián)絡(luò)的同事兼朋友 Pat Gelsinger，如今已經(jīng)成為了公司的 CEO……

GYAT = get your acts together，英特爾“大名鼎鼎”的公司文化之一…… 圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

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IDC    圖片來(lái)源：杜晨/.硅星人

Fab 28    圖片來(lái)源：硅星人 via 英特爾

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