In IBMs 300-mm-Chipfabrik

IBM hat jetzt neue Einblicke in die 2002 fertig gestellten Produktionsanlagen der 300-Millimeter-Wafer-Fabrik in East Fishkill gewährt. Nördlich von New York, idyllisch im Hudson Valley gelegen, fertigt IBM seit 1963 Prozessoren und Halbleiter.

Inzwischen umfasst das gesamte Gelände neben einem kleinen Flugplatz, knapp 50 Gebäude und eine Fläche von knapp 3,6 Quadratkilometern. Allerdings teilt sich IBM das Gelände auch mit insgesamt neun anderen Unternehmen. Insgesamt arbeiten in East Fishkill 6000 Menschen; rund 1000 davon alleine in der Analage für 300 Millimeter-Wafers.

Hier entstehen unter anderem die Prozessoren für die Mainframes und auch für die Unix-Server des System p. “Die Server-Teams bekommen hier früh Zugriff auf Technologien und wir arbeiten hier mit den Teams zusammen, um die Technologie anzupassen”, erklärt der Director of Operation John Arthur.

Neben den High-End-Chips für IBM-Server fertigt Big Blue hier auch für Unternehmen wie Qualcomm, Cisco, Microsoft, ST Ericsso oder Samsung. Auch Chips, etwa für die Nintendo Wii entstehen in East Fishkill.

In den Aufbau der Anlage hat IBM rund 6 Milliarden Dollar investiert und daher ist der Zutritt nur mit erheblichem Sicherheitsaufwand möglich. Zudem kann jedes Staubkorn die Produktion beeinträchtigen. Daher müssen die Mitarbeiter auch Latexhandschuhe, Haarnetze und spezielle Anzüge tragen.

Den Power 7 Chip herzustellen im 32 Nanometer-Verfahren herzustellen ist ziemlich komplex. Arthur erklärt, dass dafür 1200 separate Arbeitsschritte nötig sind. Die Ausbeute (english yield) von Power 7 Chips liegt laut IBM zwischen 50 und 60 Prozent. Das liege vor allem an der hohen Komplexität des Chips. Bei einfacheren Halbleitern, so erklärt Arthur, sei auch die Ausbeute höher. Bei einigen im Auftrag gefertigten Chips liege die Ausbeute von verwertbaren Chips bei über 90 Prozent.

Derzeit arbeiten die Ingenieure von IBM an der nächsten Chip-Generation. Der Power 8 allerdings sei derzeit noch in einer frühen Desigphase. Für das Design dieser hochkomplexen Bauteile – ein Power7-Prozessor zum Beispiel besteht aus 1,2 Milliarden Transistoren – nutzen die Chip-Designer die Rechenkraft eines Mainframes. Arthur erklärt das folgendermaßen: “Wir bauen Chips, damit wir diese Maschinen bauen können, um dann wieder die nächste Generation von Chips zu entwerfen.”

In den Nähe von East Fishkill forscht IBM auch am Standort in Yorktown an neuen Chip-Technolgoien. Jedoch finde ein großer Teil der Forschung tatsächlich auch in der Chip-Fabrik selbst statt. Das sei selten zu finden in der Industrie. Meist, so erklärt Arthur weiter, sei Produktion und Forschung voneinander getrennt.

Das bringt zwar auf der einen Seite wirtschaftliche Vorteile, weil man sich die Infrastruktur teilen kann und man nicht zweimal die gleichen Maschinen anschaffen muss. Auf der anderen Seite, gesteht Arthur, stünden auf diese Weise Produktion und Forschung in Konkurrenz zueinander. Eine der größten Herausforderungen in seinem Job sei es daher, für beide Interessensgruppen das rechte Maß zu finden.

Ein derart teures Werk muss natürlich stets optimal ausgelastet sein. Das letzte Mal, dass IBM die Fabrik ‘abgeschalten’ habe, liege vier Jahre zurück. Damals habe IBM größere Änderungen an der Infrastruktur vorgenommen. Ansonsten werde in drei Schichten rund um die Uhr gearbeitet. Lediglich um Weihnachten, seien insgesamt drei Schichten nur mit Freiwilligen besetzt. Allerdings gehe auch hier Produktion weiter.

Hurricane Sandy allerdigns hatte zu einem achtstündigen Ausfall gesorgt. Der Schwachpunkt seinen die PCs, die die Produktion steuern, erklärt Arthur. So habe es acht Stunden gedauert, bis die Tools nach zahlreichen Stromausfällen wieder arbeiteten. IBM beziehe den Strom aus drei unterschiedlichen Quellen. Schwierig werde es jedoch, wenn mehr als eine Stromversorgung ausfalle.

Derzeit arbeitet IBM in East Fishkill noch im 32-Nanometer-Prozess. Doch auch Designs mit 22 Nanometern seien derzeit in Arbeit. Die Nächsten Schritte werden 14 Nanometer und auch 10 Nanaometer sein. Auch hier geht IBM laut eigenen Angaben bereits erste Schritte.

Interessant werde es jedoch, wenn der Umstieg auf die 450 Millimeter-Wafer vollzogen wird. Aus diesen Wafern (eigentlich Waffeln) werden dann die einzelnen Chips herausgeschnitten. Allerdings bedeutet die Einführung dieser Fertigung, dass eine neue Fabrik gebaut werden muss, denn die Produktionsmittel sind nicht miteinander kompatibel. Für ein Werk, das pro Tag rund 1000 solcher Wafer produziert, muss man derzeit mit Investitionen im Bereich von etwa 6 Milliarden Dollar rechnen. Für die neue Anlage, plant IBM eine Summe zwischen10 und 12 Milliarden Dollar ein. Arthur hälft es für möglich, dass es 2016/2017 die erste 450mm-Fabrik geben werde.

[mit Material von Jon Yeomans, ZDNet.com]