一、Intel马来西亚工厂简介
近日，文Q作为快科技代表，受Intel特别邀请，在马来西亚参加了下一代酷睿Ultra(Meteor Lake)处理器的技术沟通会，并参观了Intel设在马来西亚的工厂、实验室。
其实在去年，Intel曾邀请参观位于以色列的晶圆厂，但因为疫情限制未能成行，甚为遗憾。
马来西亚工厂是Intel在美国本土之外的第一个基地，已有长达51年的历史，也是Intel在全球范围内唯一的综合性基地。
很多时候，我们购买的Intel处理器，表面上都可以看到马来西亚字样，就是这里出品的。
这一次，是这座大型基地第一次对媒体开放，与有荣焉。
Intel马来西亚设有三大工厂、两大实验室，覆盖除晶圆制造之外的处理器产品诞生全部流程，技术含量非常高，包括产品设计与开发、技术开发、先进封装、芯片制备与分拣、组装与测试、故障分析、平台验证、电路板与系统集成、客户支持、销售与营销、全球服务等等。
在这里，Intel几乎所有的处理器产品都能做。
眼下最重要的，也是本次参观最多的，包括酷睿Ultra Meteor Lake、第四代可扩展至强Sapphire Rapids、Max GPU加速器Ponte Vecchio，都是目前最新、最高端、最复杂的产品。
其中，Ponte Vecchio采用5种不同工艺，集成47个不同模块、1000多亿个晶体管，是迄今为止Intel最复杂的产品。
尤为值得强调的是，Intel在马来西亚做的不仅仅是制造、装配、测试，还有大量的设计与开发工作，汇聚了多达6000名工程师，可以为Intel所有类别的产品提供解决方案。
IP设计、USB、PCIe、DDR、SoC、CPU、FPGA、芯片组等产品与技术的设计，Intel在马来西亚都可以做，覆盖Intel 80％以上的产品范畴。
↑↑↑13代酷睿处理器制作的钥匙扣纪念品
↑↑↑厂内合影
目前，Intel正在全力推进IDM 2.0战略，相信大家都有所耳闻。
它包括三大部分，一是内部工厂网络，集合Intel位于全球各地的晶圆厂、封装厂、组装测试厂，完成Intel自家大部分产品的制造，但在财务上独立核算，需要自己争取自家产品的订单。
二是外部代工，与台积电等第三方代工厂合作，灵活使用最合适的工艺制程，制造自家部分产品。
三是对外代工，也就是Intel代工服务(IFS)，利用Intel先进的制造工艺，对第三方客户提供一流的芯片制造服务。
作为摩尔定律的忠实信徒与执行者，Intel正在推动“四年五个制程节点”的宏伟计划。
其中，Intel 7工艺早已量产，应用于12/13代酷睿、第四代可扩展至强，还会用于14代酷睿、五代可扩展至强(Emerald Rapids)。
Intel 4工艺已经投产并持续扩大产能，将用于酷睿Ultra(Meteor Lake)等产品。
Intel 3将在今年下半年做好投产准备，将用于再下一代至强Sierra Forest、Granite Rapids等产品。
Intel 20A将在明年上半年做好投产准备，将用于下一代酷睿Arrow Lake等产品。
Intel 18A将在明年下半年做好投产准备，将用于2025年的新至强Clearwater Forest等产品
这就是Intel遍布全球的制造网络，分为三种类型。
晶圆厂：分布在美国俄勒冈州/俄亥俄州/亚利桑那州、爱尔兰、以色列，正计划在德国建厂。
先进封装厂：分布在美国墨西哥州、马来西亚。
组装测试厂：分布在哥斯达黎加、马来西亚、越南、中国成都，正计划在波兰建厂。——我们在Intel处理器上看到的地理标签，就是这些地方。
相比于其他工厂相对单一的职能，马来西亚厂是唯一一个同时具备两种属性的，既可以做先进封装，也可以做组装测试。
早在半个世纪前的1972年，Intel就在马来西亚设立了第一家美国之外的工厂，也就是组装厂A1，当时有大约100名员工。
如今，51年过去了，Intel在马来西亚的槟城(Penang)、居林(Kulin)两地已有16座建筑物，总建筑面积700万平方英尺(约65万平方米)，其中工厂面积90万平方英尺(约8.4万平方米)。
员工总数也已经达到了1.5万人，本次活动为我们提供导览、介绍的，几乎清一色都是有着二十年左右工作经验的资深工程师。
目前，Meteor Lake处理器已经在马来西亚工厂内启动了批量生产。
此外，Intel马来西亚早在1991年就成立了第一个设计中心，从8位微处理器开始，2015年又成立了FPGA设计团队。
面向未来，Intel还在持续加大对马来西亚的投资，上图中绿色部分就是要扩建的，包括新的办公室、高级封装厂、组装测试厂，工厂面积将达到200万平方英尺左右(约18.6万平方米)。
这是Intel马来西亚工厂的工作流程。这里先说个大概，每一处的细节后边分章节详述。
简单来说，在拿到晶圆厂制造的晶圆之后，首先在位于居林的芯片分拣与制备工厂(KMDSDP)进行切割、分拣，划分不同级别，2020年来已经分类处理了大约5亿颗裸片(Die)。
然后送到位于居林和槟城的组装测试厂(KuAT/PGAT)，进行组装、检测，得到成品，过去10年已经处理了大约12亿颗处理器。
期间，系统集成与制造服务(SIMS)会提供各种相关工具，总量超过500种。
目前，Intel正在马来西亚Pelican建设一座新的高级封装厂，进一步向上游延伸，可以说除了晶圆制造啥都能做，同时还在Falcon建设一座新的组装测试厂，产能规模将大大扩充。
Intel在马来西亚持续半个世纪的高技术含量巨额投资，给这个国家的社会、经济、教育都产生了强力的推动和深远的影响。
经济方面，截至2023年，Intel已经向马来西亚累计投资140亿美元，每年向当地供应链注入3.3亿美元。
马来西亚全国的电子电器产业出口额之中，Intel自己就贡献了大约20％！
人力方面，Intel在马来西亚雇员多达1.5万人，其中98％都是马来西亚人，而按照性别划分，40％都是女性，另外还有大约1.3万人的临时工。
教育方面，Intel在马来西亚30多座高校开设了各种课程，每年培训超过3000名学生。
作为企业担当，Intel在马来西亚也坚持可持续发展。
Intel在当地建设有美国海外规模最大的太阳能发电场，2020-2022年节能8600万千瓦。
净水比例达84％，2020年以来累计回收水1100万加仑。
2022年垃圾填埋率已经低于1％，固体垃圾回收率超过99％。
由于保密限制，工厂和实验室内部无法自行拍照、录像，以下文中使用的内景照片、视频来自Intel官方，外景、展示品等均为个人实拍。
二、居林芯片分拣与制备工厂(KMDSDP)
KMDSDP工厂负责接收Intel工厂制造出来的原始硅晶圆，并将其加工和分拣、制备成单个晶片，进而在槟城装配和测试厂(PGAT)等工厂进行下一步的组装和测试。
需要注意的是，马来西亚工厂暂时还不具备封装能力，比如说3D Foveros，但是前文提高到的Pelican高级封装工厂完工后， 马来西亚工厂将再上一个台阶。
所谓芯片制备(Die Preparation)，就是通过激光和机械研磨、划线、抛光工艺，将一个完整的晶圆，分割成大量的单个晶片。
原始硅晶圆到达工厂后，会首先根据芯片类型，打磨成预设的厚度，比如服务器和桌面芯片厚一些，笔记本芯片就薄一些。
当然，芯片功耗、发热情况，在这里也扮演重要角色。
在芯片切割过程中，会产生很大的热量，很容易损坏芯片，所以必须随时喷水降温，当然也不是单纯的水，其中加入了各种保护成分。
这里特别说一点：大家或许看到过晶圆厂内部照片，其中一个特别之处就是都使用了黄光照明，Intel、台积电、三星莫不如此。
这次参观的芯片制备区域，同样如此。
之所以用黄光，主要是晶圆制造、处理过程中会大量使用感光材料，它们对特定频谱的光线非常敏感，黄光恰恰可以保护它们，类似摄影暗房中的红光，同时黄光对于人眼的刺激性也不是很强。
当然，人眼不能长时间一直处于黄光环境中，所以也会通过设置白光区，用于休息调节。
芯片分拣(Die Sort)，则是在制备完成后，通过SDX测试仪进行检测，多达2万根细微的探针直接接触芯片，检测线路，识别好坏。
我们参观的厂房内有多达300台SDX测试仪，每一个都如同庞大的机柜，一端是内置30个托盘(Tray to Tape Reel)的盒子，每台测试仪内部是20个彼此完全独立的测试单元，可以对任何SKU型号的晶片进行测试、分拣，完成后再从另一端运出，并装回托盘。
期间，每颗芯片都要在探针卡上进行测试，而每块探针卡上都有几千根比头发丝海妖细的探测针，连接在测试设备内的集成电路上，测量芯片电路，分析可靠性和缺陷。
值得一提的是，每个测试单元都重达1吨左右，但结合特别设计的升降装置、地面材料，可以使之像气垫船一样漂浮起来，不费吹灰之力地进行转移、装卸，演绎了什么叫举轻若重。
芯片的好坏、功能确定之后，会根据不同的性能参数，划分为不同级别(可以作为i7还是i5就在这里划定)，然后装入带卷轴，再送往装配和测试工厂。
在马来西亚工厂，每天可以处理多达1000块硅晶圆，而每块晶圆有几十到上百颗芯片，而在我们参观的一个巨型厂房里，就可以容纳最多上万个托盘盒。
值得一提的是，芯片制备和分拣都涉及到晶片托盘的转移，这个工作完全由机器人完成，它们会根据设定好的路线，自动将托盘送到合适的地方，完全不需要人工干预，工程师只要监测它们的工作状态就行了。
三、槟城装配与测试工厂(PGAT)
KMDPDS工厂制备、分拣的芯片运送到这里后，首先安装到基底上，然后装上散热材料和散热顶盖，再经过一系列温度、应力、性能、质量测试，合格的就可以出厂销售了。
PGAT工厂的组芯片装和测试流程包括六个关键阶段：
1、芯片贴装(Chip Attach)
装在带卷轴上的硅芯片运抵这里，并分离出来，与其他元件一起装在基底上。
2、环氧树脂涂装(Epoxy)
新安装好的芯片和基底，被涂上环氧树脂材料，确保应力均匀分布。形象点说就是“打胶”。
3、顶盖安装(Lid Attach)
在芯片上首先涂抹散热材料(TIM)，再装上散热顶盖(IHS)，确保高效散热。
4、老化筛选(Burn-In)
CPU成品制作出来之后，就会被装入托盘，进行老化测试，通过高温、高压筛选剔除残次品。
5、功能测试(Test)
一系列电气线路、功能测试，确保产品功能一切正常。
6、平台性能验证(PPV)
模拟终端用户使用产品时的平台和环境，进行最终的验证。
PGAT工厂每天可以组装、测试数百万颗Intel酷睿、至强等处理器，包括最新一代Meteor Lake已经在量产之中。
Meteor Lake处理器首次采用分离式模块架构的Chiplet（芯粒）小芯片设计，包括Compute Tile、Graphics Tile、SoC Tile、IO Tile四个不同模块，再使用Foveros、EMiB先进封装技术整合成一颗完整的处理器。
Compute Tile部分是关键的部分，集成了CPU核心，首先在爱尔兰工厂制作出晶圆，然后送到美国俄勒冈州工厂进行Foveros封装，再运到马来西亚工厂，和其他Tile一起进行最后的组装。
以下三个视频，就分别是Meteor Lake、Sapphire Rapids、Ponte Vecchio正在装配中：
↑↑↑Meteor Lake处理器装配中
↑↑↑Ponte Vecchio GPU加速器装配中
↑↑↑第三代至强可扩展处理器
↑↑↑从上到下分别是Sapphire Rapids第四代可扩展至强、Meteor Lake酷睿Ultra、Ponte Vecchio GPU加速器
四、故障分析实验室(FA Lab)
芯片生产制造是一项高风险工作，晶圆、芯片层面都有良品率问题，必然会或多或少出现有缺陷的，这就需要将它们识别出来。
Intel在马来西亚设有专门的故障分析实验室(Failure Analysis Lab)，在这里使用微型探针、红外、超声波等手段，对芯片进行深达晶体管层面的检测、分析。
考虑到现代芯片都包含十几个金属层，集成几十上百亿晶体管，所有检测分析工作都需要在微米、纳米尺度上进行，精度之高可想而知。
通过故障分析，一方面可以剔除缺陷芯片，保证产品功能正常，另一方面可以分析故障原因，从而快速纠正错误、改进良率。
实验室还会使用各种不同负载，对芯片进行测试验证，确保检测出来的错误已经完全修复。
五、设计与开发实验室(DD Lab)
Intel在全球各地设有大量不同的研发中心，负责不同的产品、技术、应用开发，其中在马来西亚就设有一个专门的设计与开发实验室。
在这里，Intel会对处理器进行详尽的硅前(pre-silicon)、硅后(post-silicon)设计与验证工作，前者是考察IP、架构、特性方面的设计是否合理、可行，后者是考察芯片是否符合预期、如何改进完善。
12代酷睿开始引入P核、E核组成的高性能混合架构，其中E核的硅后验证工作，就是在这里进行的。
最新的Meteor Lake，也正在这里接受整个平台的测试与验证。
↑↑↑Intel Arc锐炫显卡在这里也可以看到
六、居林系统集成与制造服务工厂(SIMS)
在前述的生产、测试流程中，无论工厂还是实验室，都需要使用大量的各种设备、仪器，其中有些来自第三方供应商，而有些则是Intel自己设计生产的。
这，位于居林的系统集成与制造服务工厂(SIMS)的工作。
SIMS工厂负责为世界各地的Intel晶圆厂、封装厂、测试厂、实验室生产参考验证平台(RVP)主板，以及生产环节中的测试工具。
这次参观了三款典型设备，其一是高密度老化测试仪(HDBI)，对处理器进行高温高压老化测试，检验其品质和是否存在缺陷。
其二是高密度模块化测试仪(HMDT)，对处理器进行类测试或后端测试，用于新产品开发和量产阶段。
其三是系统级测试仪(SLT)，用于模拟用户真实使用环境的测试，确保产品质量与真实可用。
↑↑↑测试仪所用的主板，不但庞大，而且相当厚实，有大概30层PCB
七、马来西亚工厂经典产品赏析
参观了工厂和实验室，我们再看看几个DEMO。
在展示区，Intel特意展示了几个组装过程中的几个关键步骤，包括芯片分拣、基底晶圆、裸片贴装、后期塑封、卷带包装等。
它的身份应该很容易就能看出来吧。
块晶圆上不是芯片，而是整合封装用的基底。
在基底晶圆上重新贴装裸片之后的样子。
你猜猜，既然边缘会有那么多浪费，晶圆为什么不做成方形呢？
重新塑封后的晶圆，变得漆黑一片。
裸片的宽度不能超过卷带，所以设计之初就必须考虑这个问题，这也是芯片规模越来越庞大之后必须转向Chiplet（芯粒）小芯片的原因之一。
接下来看看马来西亚工厂历年来出品的一些代表性芯片，涵盖至强、酷睿、凌动等处理器，芯片组，控制器，可以看到封装技术变得越来越高级、复杂。
你认识几个？
早些年的陶瓷基底封装，这种材料具备机械应力强而形状稳定、导热率高、绝缘性高、结合力强、可靠性高、防腐蚀、无污染无公害等优点。
芯片周围是引线键合或者叫打线(wire-bonding)，负责芯片与电路或者作为的引线框架(wire frame)之间的连接。后来随着技术的升级，基底就改成了如今的PCB(印刷电路板)。
它用的还是PGA针脚，Intel LGA775、AMD AM5以前的大部分桌面处理器，都是这种针脚式封装。
从侧面剖视图就可以看到一层一层的陶瓷材质基底。
顶部视角。
2013年的凌动Z3740，22nm工艺，当年在平板里用得比较多，面积仅为17×17毫米。
放在76×56.5毫米的至强铂金9200系列处理器上，大小分明，相差几乎15倍！
至强铂金9200系列是2019年发布的第二代可扩展至强(Cascade Lake)的高端版本，通过双芯整合达成最多56核心，甚至可以从表面上清晰地看到内部两颗芯片对应的位置。
2021年的第三代可扩展至强封装比较特殊，裸片之下有两个基底，其中上层基底与裸片直接嵌合，大小依据裸片而不同，然后两层基底通过中介层嵌合在一次，底层基底大小固定。
这种设计可以让不同规格、尺寸的裸片，都可以安装统一的主板插槽中，适应性更强。
这就是上层基底的底部，还没有安装中介层。
最新的四代至强可扩展处理器(代号Sapphire Rapids)，目前正在马来西亚工厂量产中，四合一封装。
八、结语：半导体之美、Intel真的很拼
这次Intel马来西亚工厂之旅到此就结束了，期间第一次见识到了太多新鲜东西，感慨良深。
CPU处理器大家天天都在用，但对于它们是如何生产出来的，如何从一粒粒沙子变成电脑、手机中的一颗颗芯片，绝大多数人都知之甚少、一知半解。
当然，随着半导体行业形势的急剧变化，越来越多的人意识到了其中的重要性，更渴望有深入的了解。
这次参观Intel马来西亚工厂，就给了我们一个极佳的学习机会。
坦白说，在参观之前，我个人也不认为Intel马来西亚工厂有太高的技术含量，无非就是组装测试而已。
但是，我被颠覆了。
作为Intel制造在美国之外的第一站，作为有着51年悠久历史的综合性半导体基地，Intel马来西亚承包了硅晶圆制造之外的几乎全流程工作。
从前期设计，到中期制备、分拣、装配，再到后期测试、验证，这个基地可以说无所不能，而且还在不断扩张之中，很快就会上马先进封装、扩建装配测试。
晶圆走进来，芯片走出去。一间间无尘室，一个个实验台。难以计数的先进设备和仪器，眼花缭乱的尖端工艺和流程。
这一切，无不诠释着技术之美。
对于Intel，这里是无数芯片的母港。
对于马来西亚，这里撑起了电子半导体行业乃至国家经济的一片天。
很快，Intel就会推出代号Meteor Lake的全新一代酷睿Ultra处理器，带来全新的Intel 4制造工艺、全新的Chiplet（芯粒）小芯片布局、全新的CPU/GPU架构、全新的能效与技术特性。
诚然，酷睿Ultra处理器不会很完美，性能上存在不小的局限，但是Intel这几年的投入与奋进，相信大家都看在眼里。
对于先进技术的执着追求，始终刻在这家追求工程师文化、技术文化的巨头的基因里。也许有坎坷，也许有曲折，但这条路没有变。
更难得的是，如今的Intel越来越务实、扎实。
在引以为豪的制造工艺被对手赶超之后，在常年遥遥领先的产品被对手赶超之后，Intel没有妄自菲薄，特别是在帕特·基辛格就任CEO之后，全面回归技术主导的大方向，同时把自己放在一个追赶者的位置上，制定合理的产品技术路线图。
4年时间搞定5代先进制程工艺(Intel 7/ Intel 4/ Intel 3/ Intel 20A/ Intel 18A)，疲软的大环境下依然阔绰出手兴建各种大型工厂。这在以往是不可想象的，放在其他半导体巨头身上同样是不可想象的，但是Intel勇敢地去做了，并且一步步推进着，立志要在18A节点上重回巅峰。
期待那一天的早日到来！
毕竟，还是那句话，有竞争，有激烈的竞争，才是整个行业和全体消费者的福音。
最后，一起欣赏一下美丽的槟城：
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