Bagaimana Membangun Fab Semikonduktor Senilai US$20 Miliar

 (construction-physics.com)
2 poin oleh GN⁺ 2024-05-05 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Semikonduktor telah menurunkan biaya per transistor secara ekstrem, tetapi biaya pembangunan Fab untuk membuatnya membengkak menjadi US$10–20 miliar atau lebih, sehingga menjadi bottleneck dalam rantai pasok AI, mobile, dan komputasi
  • Manufaktur chip dilakukan dengan mengulang proses pembentukan lapisan, patterning, doping, dan perlakuan panas di atas wafer silikon untuk menumpuk perangkat FEOL dan interkoneksi logam BEOL; proses node terdepan bisa membutuhkan lebih dari 80 mask dan ribuan langkah
  • Fab modern adalah sistem raksasa yang menggabungkan cleanroom, sub-fab, ruang interstisial, dan fasilitas pendukung eksternal, serta harus mengendalikan partikel, getaran, daya listrik, gas, hingga air ultrapure secara bersamaan
  • 70–80% biaya Fab baru berasal dari peralatan proses; peralatan litografi seperti ASML EUV bernilai ratusan juta dolar per unit, dan litografi saja diperkirakan sekitar 20% dari total biaya
  • Semakin maju node proses, harga peralatan, jumlah mask, dan kebutuhan otomatisasi ikut meningkat; beban ini memusatkan manufaktur terdepan pada segelintir perusahaan seperti TSMC, Samsung, dan Intel, serta pada struktur fabless-foundry

Transistor makin murah, tetapi Fab makin mahal

  • Semikonduktor menjadi fondasi perkembangan PC, internet, ponsel, dan AI, sementara GPU berperan penting dalam kemajuan teknologi AI melalui operasi matriks skala besar
  • Sesuai Moore’s Law, transistor menjadi makin kecil dan murah
    • Radio transistor TR-1 tahun 1954 menggunakan 4 transistor; harga per transistor US$2,50, atau US$29,03 dalam nilai 2024
    • AMD Ryzen 9 7950X3D berisi 9,9 miliar transistor dan dijual seharga US$650, sehingga biayanya sekitar US$0,000000066 per transistor
    • Sejak 1950-an, biaya transistor turun menjadi sekitar 1/300 juta
  • Biaya fasilitas manufaktur justru melonjak tajam
    • Pada akhir 1960-an hingga awal 1970-an, Fab bernilai sekitar US$4 juta, atau sekitar US$31 juta dalam nilai 2024
    • Fab modern bisa bernilai US$10–20 miliar atau lebih
    • Dua Fab Intel di Arizona masing-masing diperkirakan bernilai US$15 miliar, sementara Fab Samsung di Taylor, Texas diperkirakan bernilai US$25 miliar
  • Moore’s Second Law atau Rock’s Law memuat pengamatan bahwa biaya Fab semikonduktor berlipat dua setiap 4 tahun
  • Struktur chip modern memiliki lebar sekitar 50 nm, kira-kira 1/2000 lebar rambut manusia
    • Material disusun dalam lapisan setebal beberapa atom
    • Satu butir debu, fluktuasi tegangan yang sangat kecil, atau kontaminasi kecil dapat menyebabkan kegagalan produksi
    • Kondisi ini harus dipertahankan bukan di laboratorium, tetapi di pabrik yang memproduksi ratusan juta chip setiap tahun

Chip dibuat dengan menumpuk lapisan FEOL dan BEOL

  • Chip komputer adalah struktur yang terdiri dari banyak lapisan
  • Di bagian bawah, area FEOL(front end of line) berisi perangkat berbasis silikon seperti transistor, kapasitor, resistor, dan dioda
  • Di bagian atas, area BEOL(back end of line) berisi lapisan interkoneksi logam halus yang menghubungkan perangkat-perangkat tersebut
    • Proses Intel saat ini terdiri dari 15 lapisan interkoneksi logam
    • Lapisan yang berbeda dipisahkan oleh dielektrik, yaitu isolator
    • Koneksi antar-lapisan dibuat melalui lubang yang disebut via
  • Chip dibuat di atas wafer silikon kemurnian tinggi dengan mengulang proses menambahkan material, menghilangkan sebagian, lalu menambahkan atau memodifikasi material lagi
  • Metode manufaktur ini adalah proses planar(planar process) yang ditemukan oleh Jean Hoerni dari Fairchild Semiconductor pada 1959, dan memungkinkan lahirnya sirkuit terpadu serta teknologi komputer modern

Empat proses inti

  • Pembentukan lapisan

    • Pembentukan lapisan(layering) adalah proses menambahkan lapisan material yang sangat tipis ke permukaan wafer
    • Ketebalan lapisan bisa mencapai 1 nm atau kurang, sekitar 1/100.000 ketebalan rambut manusia
    • Material isolator, konduktor, dan semikonduktor digunakan sesuai tahap proses
    • Metode utama meliputi oksidasi termal, chemical vapor deposition(CVD), dan sputtering
    • Deposisi lapisan atom modern memberikan presisi hingga mampu menumpuk satu lapisan atom demi satu lapisan atom

  • Patterning

    • Patterning adalah proses mengukir pola tertentu di atas wafer dan secara selektif menghilangkan material pada bagian yang diperlukan
    • Semikonduktor modern menggunakan fotolitografi
    • Photoresist, yaitu material peka cahaya, diaplikasikan pada wafer, lalu cahaya dengan panjang gelombang tertentu disinarkan melalui mask berpola
    • Stepper atau scanner menggerakkan mask di atas wafer untuk mengekspos ratusan area chip
    • Setelah eksposur, photoresist dikembangkan, lalu material yang terekspos dihilangkan dengan etching basah atau kering
    • Etching basah menggunakan bahan kimia cair seperti asam fluorida, sedangkan etching kering menggunakan gas seperti fluor yang diplasmakan

  • Doping

    • Doping adalah proses memasukkan impuritas dalam jumlah sangat kecil ke material semikonduktor untuk mengubah konduktivitas listriknya
    • Jika unsur golongan V seperti fosfor atau arsenik dimasukkan ke silikon, terbentuk semikonduktor tipe-n dengan banyak elektron bebas
    • Jika unsur golongan III seperti boron dimasukkan, terbentuk semikonduktor tipe-p dengan banyak hole
    • Dengan menempatkan silikon tipe-p dan tipe-n secara tepat, perangkat seperti transistor dapat dibuat
    • Pada awalnya metode difusi banyak digunakan, tetapi saat ini doping terutama dilakukan dengan implantasi ion

  • Perlakuan panas

    • Perlakuan panas adalah proses memanaskan atau mendinginkan wafer untuk memperoleh karakteristik material yang diinginkan
    • Implantasi ion merusak struktur kristal silikon, dan rapid thermal annealing digunakan untuk memperbaikinya
    • Lampu panas memanaskan wafer hingga lebih dari 1.000 derajat dalam hitungan detik, lalu mendinginkannya perlahan untuk memulihkan struktur kristal
    • Dalam litografi, panas juga digunakan untuk memanggang dan mengeraskan photoresist cair

Proses pendukung meningkatkan kompleksitas

  • CMP(chemical mechanical polishing) meratakan permukaan wafer untuk mengurangi perbedaan ketinggian permukaan yang terakumulasi selama penumpukan berbagai lapisan
    • Proses ini juga digunakan setelah lubang hasil etching diisi material, lalu material di bagian atas dipoles dan dihilangkan
  • Pembersihan diulang untuk mencegah cacat chip akibat partikel halus
    • Di Fab modern, wafer dapat dibersihkan lebih dari 200 kali selama produksi
    • Pelarut dan air ultrapure digunakan
  • Metrologi(metrology) mengukur wafer di berbagai titik selama proses untuk memeriksa kesalahan manufaktur atau cacat
  • Sirkuit terpadu awal dapat dibuat dengan 5–10 mask dan puluhan langkah proses, tetapi chip terdepan modern bisa membutuhkan lebih dari 80 mask dan ribuan langkah proses individual
  • Wafer yang selesai diproses berpindah ke tahap perakitan dan packaging
    • Wafer dipotong menjadi chip individual
    • Chip dihubungkan ke interkoneksi atau chip lain
    • Chip dibungkus dengan lapisan pelindung
    • Packaging dapat dilakukan di dalam Fab atau di fasilitas terpisah

Manufaktur nanometer membutuhkan kontrol ekstrem

  • Manufaktur umum memiliki tingkat toleransi tertentu, tetapi dalam manufaktur semikonduktor toleransi hampir lenyap
  • Untuk membuat transistor berukuran beberapa nm diperlukan akurasi ratusan ribu kali lebih tinggi dibanding manufaktur konvensional
  • Satu partikel halus dapat membuat koneksi korslet dan merusak seluruh chip, dan beberapa atom di posisi yang salah pun dapat menggagalkan tahap proses
  • Dalam riset semikonduktor Bell Labs pada 1940-an, pernah ditemukan kasus bahwa sejumlah sangat kecil atom tembaga yang berpindah lewat tangan peneliti setelah menyentuh gagang pintu tembaga menjadi penyebab rusaknya material
  • Intel menemukan bahwa perubahan kecil pada peralatan pun dapat menurunkan yield Fab baru selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun
    • Untuk mencegahnya, Intel memperkenalkan proses Copy EXACTLY!
    • Fab baru dibuat semirip mungkin dengan Fab yang sudah ada, bahkan sampai menyamakan warna dan merek cat dinding

Struktur dasar Fab modern

  • Fab semikonduktor modern umumnya terdiri dari empat level
    • Cleanroom, tempat proses benar-benar berlangsung
    • Sub-fab di bawah cleanroom
    • Ruang interstisial di atas cleanroom yang berisi kipas dan filter untuk mensirkulasikan ulang udara
    • Fasilitas pendukung eksternal
  • Di cleanroom ditempatkan peralatan proses seperti peralatan litografi ASML EUV, peralatan chemical vapor deposition, implanter ion, serta wet bench untuk pembersihan dan etching
  • Produsen peralatan terdiri dari segelintir perusahaan spesialis seperti ASML, Lam Research, Applied Materials, dan Tokyo Electron
  • Peralatan proses utama bisa bernilai US$5–10 juta, dan sebagian melebihi US$100 juta
  • Peralatan fotolitografi tercanggih ASML mendekati US$400 juta
  • Fab logic modern dapat memproduksi 40.000–50.000 wafer per bulan, sedangkan Fab memori dapat memproduksi hingga 120.000 wafer per bulan
  • Untuk volume produksi seperti ini, bisa diperlukan lebih dari 1.000 unit peralatan proses

Cleanroom dan logistik otomatis

  • Fab semikonduktor biasanya dibangun sebagai cleanroom Class 10 atau Class 100
    • Hanya maksimal 10 atau 100 partikel berukuran 0,5 mikron atau lebih yang diizinkan per 1 ft³ udara
    • Rumah biasa memiliki sekitar 500.000 partikel per 1 ft³
    • Ruang operasi berada di kisaran sekitar 100.000 partikel
  • Filter HEPA atau ULPA di langit-langit cleanroom mendorong udara ke bawah, mengembalikannya melalui lantai ke sub-fab, lalu mensirkulasikannya kembali
  • Cleanroom mempertahankan tekanan positif dibanding luar untuk mencegah masuknya partikel dari luar
  • Pergantian udara dilakukan ratusan kali per jam, jauh lebih banyak dibanding kantor biasa yang 5–10 kali per jam
  • Cleanroom Fab besar bisa seluas 500.000–1.000.000 ft² atau lebih, sehingga sistem HVAC juga menjadi sangat besar
  • Alih-alih membuat seluruh cleanroom sebersih mungkin secara ekstrem, produsen mengisolasi area di sekitar wafer dengan lebih kuat
    • Wafer dipindahkan dalam pod tertutup yang disebut FOUP(front opening unified pod)
    • Peralatan proses itu sendiri juga membentuk mini-environment tertutup
    • Salah satu Fab TSMC menangani wafer dalam mini-environment Class 0.1 di dalam cleanroom Class 100
  • FOUP bergerak antar-peralatan proses melalui sistem logistik otomatis berbasis rel langit-langit
    • Sebagian Fab lama menggunakan automated guided vehicle berbasis lantai
    • Satu wafer bisa membutuhkan berbulan-bulan untuk melewati seluruh proses
    • Pada waktu tertentu, puluhan ribu wafer berada di berbagai tahap proses produksi
    • Wafer dapat menempuh jarak beberapa mil selama proses
  • FOUP yang sedang disimpan dapat dipurge dengan nitrogen untuk mencegah kontaminasi

Pabrik yang mengendalikan getaran, elektromagnetik, hingga daya listrik

  • Peralatan proses sangat sensitif terhadap getaran, dan suara keras pun dapat berdampak negatif pada proses manufaktur
  • Fab biasanya dibangun jauh dari sumber getaran eksternal seperti bandara, rel kereta, dan jalan tol padat
  • Dalam satu kasus, ventilasi pembuangan yang berada 400 ft dari gedung Fab menjadi penyebab getaran yang tidak dapat diterima pada lantai cleanroom
  • Fab harus menyerap energi mekanis 100 kali dan aliran udara 50 kali lebih besar dibanding gedung biasa, tetapi tetap menjaga getaran beberapa orde magnitudo di bawah tingkat yang dapat dirasakan manusia
  • Lantai cleanroom biasanya dibangun sebagai waffle slab beton dalam setebal 2–4 ft
    • Didukung oleh kolom rapat untuk meningkatkan kekakuan
    • Di atasnya dipasang raised floor logam untuk pipa dan kabel
    • Peralatan proses dapat diletakkan pada pedestal terpisah untuk menghindari getaran langkah kaki operator
  • Peralatan sensitif seperti peralatan litografi dapat membutuhkan perangkat peredam getaran aktif
  • Di wilayah dengan aktivitas seismik, bangunan dapat dipisahkan dari tanah sekitarnya dengan damper gempa atau fondasi khusus
  • Sumber gangguan lain juga dikendalikan
    • Area litografi menggunakan pencahayaan kuning khusus untuk mencegah eksposur photoresist
    • Material antistatis digunakan untuk mencegah akumulasi listrik statis
    • Shielding peralatan dan minimalisasi sumber EMF diperlukan untuk mengurangi gangguan elektromagnetik
    • Generator cadangan dan uninterruptible power supply digunakan untuk mengantisipasi pemadaman
    • Suhu dan kelembapan harus dipertahankan dalam rentang sempit
    • RF shielding untuk tujuan keamanan dapat dirancang

Sub-fab dan fasilitas utilitas

  • Sub-fab adalah lantai fasilitas di bawah cleanroom yang mendukung peralatan proses
  • Peralatan litografi EUV membutuhkan laser CO₂ dan pompa vakum di lantai bawah selain badan peralatan di cleanroom
  • Implanter ion dan peralatan sputtering juga membutuhkan vakum, dan Fab besar dapat memiliki ribuan pompa vakum
  • Fab menggunakan berbagai bahan kimia dan gas kemurnian tinggi
    • Nitrogen digunakan untuk purge dan pembersihan FOUP serta peralatan proses
    • Oksigen digunakan pada furnace oksidasi dan peralatan abatement
    • Argon digunakan dalam reaksi plasma
    • Hidrogen digunakan untuk membersihkan peralatan EUV
  • Sebagian bahan kimia membutuhkan kemurnian 99,9999999%
  • Jaringan pipa sangat besar dan kompleks, dan sebagian pipa dapat berdiameter hingga 10 ft
  • Bahan beracun dan berbahaya memerlukan penanganan khusus
    • Fosfin dan arsin adalah bahan sangat beracun yang digunakan untuk doping
    • Silana digunakan dalam sebagian proses CVD dan dapat menyala spontan saat kontak dengan udara
    • Klorin trifluorida yang digunakan untuk membersihkan chamber CVD sangat reaktif hingga dapat membakar pasir basah
  • Diperlukan beberapa sistem pembuangan terpisah untuk menangani gas buang
    • Produk samping, terutama amonia, dipisahkan agar tidak saling bereaksi
    • Peralatan abatement dan scrubber menghilangkan zat berbahaya
  • Sub-fab juga menampung panel listrik, transformator, kipas, air handler, chiller, generator RF, heat exchanger, dan lainnya
  • Pipa dan peralatan juga menuntut standar yang jauh lebih ketat dibanding manufaktur umum
    • Stainless steel dan lapisan Teflon digunakan
    • Bagian dalam pipa dielektropolish untuk mengurangi pelepasan partikel dan akumulasi kontaminan
    • Orbital welding digunakan untuk mengurangi kebocoran dan kontaminasi
    • Peralatan dan material dapat diproduksi di cleanroom, dibungkus ganda dengan kantong plastik, lalu dikirim ke lokasi

Skala air, gas, daya listrik, dan konstruksi

  • Untuk memindahkan peralatan proses besar ke cleanroom, diperlukan lift industri yang mampu mengangkat puluhan ribu pon
  • Fab logic besar dapat menggunakan 50.000 m³ nitrogen per jam, sehingga fasilitas pemisahan udara untuk memproduksi nitrogen, oksigen, dan argon dapat ditempatkan di lokasi
  • Pembersihan wafer dan CMP membutuhkan air ultrapure dalam jumlah besar
    • Fab besar dapat menggunakan jutaan galon air ultrapure per hari
    • Ini setara dengan konsumsi air kota berpenduduk 50.000 orang
    • Produksi air ultrapure membutuhkan fasilitas khusus terpisah
  • Fab besar dapat membutuhkan daya sekitar 100 MW, yaitu sekitar 10% kapasitas reaktor nuklir besar
  • Ada kasus Fab dibatalkan atau dipindahkan karena utilitas lokal tidak dapat menjamin pasokan listrik dan air
  • Puluhan ribu sensor digunakan untuk memantau level partikel, tekanan, tingkat impuritas, dan lain-lain demi menjaga kondisi proses
  • Fab besar dapat memiliki cleanroom seluas ratusan ribu ft² dan lahan ratusan acre
  • Konstruksi membutuhkan puluhan ribu ton baja struktural dan ratusan ribu yd³ beton
    • Intel menyatakan Fab miliknya menggunakan beton dua kali Burj Khalifa dan logam lima kali Eiffel Tower
  • Konstruksi membutuhkan ribuan tenaga kerja dengan pelatihan khusus
    • Fab Intel di Magdeburg diperkirakan membutuhkan lebih dari 9.300 orang pada puncaknya
    • Fab TSMC di Arizona menggunakan 12.000 orang
  • Pekerja harus mengikuti protokol clean construction
    • Peralatan untuk menghilangkan asap pengelasan digunakan
    • Ada kasus penggunaan cat epoksi pada tepi potongan yang dibuat di lokasi untuk mencegah pelepasan partikel
    • Pipa dan peralatan mekanis dapat diprefabrikasi di luar lokasi lalu dipasang

Instalasi peralatan dan ramp-up yield

  • Ketika cleanroom mencapai tahap blow down, yaitu tahap ketika tekanan positif dapat dipertahankan, instalasi peralatan proses dimulai
  • Peralatan datang dalam beberapa bagian dan dapat dirakit secara hati-hati dalam jangka waktu lama
  • Peralatan EUV kelas atas ASML dikirim menggunakan 40 kontainer kargo, 20 truk, dan 3 pesawat kargo
  • Peralatan proses sangat sensitif; jika jatuh atau terbentur, dapat terjadi penundaan dan biaya perbaikan jutaan dolar
  • Setelah instalasi peralatan, Fab bisa memerlukan ramp-up 6 bulan hingga 1 tahun untuk mencapai yield proses yang dapat diterima
  • Meski berskala dan kompleks, Fab rata-rata dibangun dalam sekitar 2–4 tahun
  • Di AS, konstruksi Fab cenderung lebih lambat dan mahal dibanding kawasan lain
    • Durasi konstruksi Fab di AS meningkat dari rata-rata sedikit di atas 650 hari pada 1990-an menjadi lebih dari 900 hari pada 2010-an
    • Negara-negara Asia berada di kisaran sekitar 600–700 hari
    • Prosedur peninjauan lingkungan yang makin ketat disebut sebagai salah satu penyebabnya
    • Fab AS bisa 30% lebih mahal menurut Intel, dan hingga 4 kali lebih mahal menurut TSMC
    • Biaya 4 kali kemungkinan hanya merujuk pada fasilitas; dalam hal ini total biaya Fab sekitar 60–90% lebih tinggi

Struktur biaya bergeser ke peralatan

  • 70–80% biaya Fab baru berasal dari peralatan proses
  • Biaya untuk meng-upgrade Fab lama ke node proses yang lebih maju juga dapat mencapai porsi besar dari biaya membangun Fab baru sepenuhnya
  • Pada pertengahan 1980-an, biaya fasilitas dan peralatan Fab DRAM kira-kira setara, tetapi pada akhir 1990-an peralatan menjadi bagian terbesar biaya
  • Biaya pembangunan fasilitas dibagi menjadi struktur, finishing, pekerjaan lahan, serta sistem layanan dan mekanis
  • Berbeda dengan rumah tapak, porsi sistem mekanis, listrik, dan layanan dalam Fab sangat besar
    • Karena fasilitas air ultrapure, banyak sistem pembuangan, dan HVAC besar, item layanan mencakup sekitar 2/3 biaya fasilitas Fab baru
    • Pada rumah tapak, porsinya kurang dari 20%
  • Item terbesar dalam biaya peralatan biasanya adalah peralatan litografi
    • Berikutnya adalah peralatan deposisi, lalu peralatan pembersihan dan etching
    • Peralatan litografi diperkirakan sekitar 20% dari biaya Fab baru
    • Ini berarti biaya peralatan litografi dapat menyamai biaya seluruh fasilitas Fab

Biaya meningkat setiap kali node proses berubah

  • Pada Fab semikonduktor modern, biaya Fab meningkat sekitar 30% untuk setiap node proses baru
  • Pendorong biaya pertama adalah peralatan yang lebih mahal
    • Peralatan litografi ASML EUV jauh lebih mahal dibanding peralatan DUV yang digantikannya
  • Pendorong biaya kedua adalah lebih banyak mask dan langkah proses
    • Semakin kecil transistor, semakin banyak lapisan interkoneksi logam yang diperlukan
    • FinFET membutuhkan lebih banyak langkah pembentukan lapisan dibanding transistor sederhana sebelumnya
  • EUV pernah membalik tren ini untuk sementara
    • EUV memungkinkan pekerjaan yang sebelumnya membutuhkan dua mask atau lebih dilakukan dengan satu mask, sehingga mengurangi langkah proses
  • Untuk membuat produk dengan jumlah tahap manufaktur dua kali lebih banyak pada volume produksi yang sama, peralatan yang dibutuhkan juga dua kali lipat
  • Peningkatan ukuran wafer juga menaikkan biaya
    • Pada 1970-an digunakan wafer 50 mm
    • Saat ini Fab terdepan menggunakan wafer 300 mm
    • Transisi ke 450 mm pernah direncanakan tetapi tidak dilaksanakan
  • Transisi ke wafer 300 mm sangat meningkatkan penggunaan peralatan logistik otomatis
    • Karena wafer dalam FOUP terlalu berat untuk diangkut langsung oleh manusia
    • Logistik otomatis membutuhkan struktur yang lebih besar dan langit-langit cleanroom yang lebih tinggi

Industri direstrukturisasi ke model fabless-foundry

  • Ketika Fab masih murah, produsen chip dapat memiliki Fab sendiri
  • Seiring kenaikan biaya Fab, beban mengoperasikan fasilitas manufaktur terdepan membesar, dan jumlah produsen dengan volume produksi cukup besar untuk menyebarkan biaya menurun
  • Skala efisien Fab wafer 150 mm sekitar 10.000 wafer per bulan, tetapi Fab wafer logic 300 mm meningkat menjadi 40.000 wafer per bulan
  • Fab wafer memori lebih besar lagi, mencapai 120.000 wafer per bulan
  • Saat ini hanya segelintir perusahaan seperti TSMC, Samsung, dan Intel yang mencoba mengoperasikan node terdepan
  • Model fabless, di mana perusahaan seperti Apple dan Nvidia merancang chip sementara foundry seperti TSMC memanufakturnya, telah meluas
  • Foundry menggabungkan pesanan dari banyak perusahaan chip untuk memperoleh skala yang cukup guna menanggung Fab terdepan

Fab adalah fasilitas produksi massal tingkat atom

  • Gigafab modern memproduksi ratusan juta chip setiap tahun, dan setiap chip berisi puluhan miliar transistor
  • Produksi semikonduktor harus memanipulasi materi dalam jumlah sangat besar pada tingkat atom secara berulang dan andal, 24 jam sehari, 365 hari setahun
  • Biaya Fab muncul di titik pertemuan antara skala pabrik produksi massal dan presisi yang nyaris sulit dibayangkan

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2024-05-05
Komentar Hacker News

  • Dalam perjalanan berangkat-pulang kerja saya mendengarkan Marketplace yang dibawakan Kai Ryssdal di NPR/KQED selama beberapa hari, dan topik terbarunya adalah CHIPS and Science Act serta pabrik semikonduktor baru yang sedang dibangun TSMC dan Intel di Phoenix, Arizona
    Pabrik-pabrik yang sudah dalam tahap konstruksi memang masih butuh beberapa tahun sebelum mulai produksi, tetapi dari lokasi pembangunan saat ini hingga pelatihan tenaga kerja masa depan, sampai perusahaan-perusahaan di sekitar yang akan mendukung pabrik raksasa ini, sebuah ekosistem sedang terbentuk
    Pendanaan CHIPS Act penting bukan hanya untuk menarik fasilitas manufaktur, tetapi juga untuk memulihkan kapasitas yang telah hilang dari AS pada skala yang dibutuhkan, baik dari sudut pandang ekonomi maupun keamanan nasional
    Kalau tertarik, acara tersebut bisa didengarkan sebagai podcast: https://www.npr.org/podcasts/381444600/marketplace

    • TSMC telah memindahkan banyak engineer dari Taiwan ke Phoenix, dan sebuah komunitas dengan hunian, sekolah, bahkan toko bahan makanan etnis dibangun sejak awal
      Menarik untuk melihat dampak budaya dan ekonomi apa yang akan ditimbulkan arus ini terhadap Phoenix dalam beberapa tahun ke depan
    • Ini yang disebut eksternalitas positif
      Karena itu, outsourcing menimbulkan kerusakan yang jauh lebih besar daripada yang dijanjikan, dan reshoring juga bisa menciptakan jauh lebih banyak lapangan kerja daripada yang diperkirakan
      Hanya saja, seperti biasa para politisi melakukan hal yang benar dengan cara yang salah, jadi untuk saat ini hasil akhirnya tampak berpeluang besar mendekati stagflasi
    • Saya penasaran apakah Intel membeli peralatan ASML EUV untuk ekspansi di Arizona
      Intel tampak seperti melewatkan ASML EUV sepenuhnya, dan jika memang begitu saya tidak paham bagaimana mereka bisa mendapatkan yield yang layak di 7nm~5nm
      Rasanya juga tidak akan datang dari High-NA, itu terlihat lebih seperti distraksi jangka pendek
    • Kalau yang dimaksud “perusahaan pendukung” itu apa secara konkret? Misalnya apakah termasuk sekolah untuk keluarga para pekerja?

  • Sebagai perbandingan, biaya pembangunan World Trade Center adalah 2 miliar dolar
    Saya sudah bekerja 35 tahun di industri semikonduktor, dan ini adalah tulisan terbaik yang pernah saya baca untuk orang awam tentang apa saja yang dibutuhkan dalam pembuatan chip
    Keseimbangan antara penjelasan dan ilustrasinya sempurna tanpa penyederhanaan berlebihan

    • Saya juga berpikir begitu
      Saat S3 saya berada di bidang yang berdekatan dengan SiC, dan rasanya kalau ada penjelasan pengantar seperti ini waktu itu, saya pasti bisa mengejar jauh lebih cepat

  • Tulisan yang sangat menarik
    Rasanya kembali takjub melihat sejauh apa manusia telah berkembang, dan saat bermain Angry Birds di iPhone kita mudah lupa betapa besar riset, sumber daya, dan pengetahuan terspesialisasi yang memungkinkan dunia teknologi modern ini
    Kalau ingin melihat lebih dalam sejarah industri semikonduktor dan dilema yang dihadapinya saat ini, saya juga sangat merekomendasikan Chip War karya Chris Miller

  • Sedikit terkait, ada video seorang siswa SMA yang membuat fab semikonduktor sendiri dengan “anggaran rendah” di garasi orang tuanya
    https://youtube.com/watch?v=IS5ycm7VfXg
    Videonya sangat menarik, tapi agak disayangkan dia tidak mendorong ide itu lebih jauh
    Saya benar-benar ingin melihat orang membuat sesuatu seperti 6502 di rumah

  • Bagian ini sangat menonjol bagi saya: hanya segelintir perusahaan seperti TSMC, Samsung, dan Intel yang saat ini berusaha mengoperasikan node tercanggih, dan industrinya telah bergeser ke model fabless di mana Apple atau Nvidia mendesain chip sementara foundry seperti TSMC yang memproduksinya
    Jika pesanan dari berbagai perusahaan chip digabung, foundry bisa mencapai skala yang diperlukan untuk menanggung fab paling mutakhir
    Saya penasaran apakah dalam jangka panjang pelatihan AI juga akan menjadi seperti itu, dan menurut saya sebagian memang sudah begitu saat ini

    • Itu memang sudah terjadi
      Biaya pelatihan GPT melonjak secara eksponensial untuk tiap model, dan sudah berada di kisaran jutaan dolar
      Ada alasan kuat mengapa pesaing GPT-4 terbaru adalah Meta atau Google

  • Tulisan yang menarik
    “Hukum Kedua Moore”, atau Hukum Rock, menyatakan bahwa biaya fab semikonduktor berlipat dua setiap 4 tahun, dan jika itu terus berlaku maka dalam 30 tahun biaya satu fab tunggal akan melebihi 3 triliun dolar
    Artinya, bahkan hanya karena alasan ekonomi pun, peningkatan node pada akhirnya akan menemui batas keras

    • Sam Altman belum lama ini mencoba mengumpulkan 7 triliun dolar untuk chip, jadi mungkin dia sedang mencoba mendahului kurva itu
    • Menarik bahwa hitungan ini ternyata cukup akurat
      Tiga puluh tahun lalu kapitalisasi pasar Microsoft sekitar 20 miliar dolar, dan sekarang 3 triliun dolar
      Tidak aneh sama sekali jika hal yang sama terjadi lagi

  • Saya pernah beberapa kali mengunjungi lokasi konstruksi besar untuk urusan kerja
    Saat mendengar “ini proyek senilai 40 juta dolar” lalu melihat begitu banyak pekerja, peralatan, dan material bergerak, Anda jadi merasa, begini rupanya wujud 40 juta dolar yang sedang bergerak

    • Sebagian besar uang itu habis untuk perizinan, administrasi, dan asuransi
      Yang benar-benar terlihat kemungkinan hanya sekitar 10~20 juta dolar yang belum berhasil tersedot ke birokrasi

  • Computer History Museum melakukan wawancara sejarah lisan dengan pendiri TSMC Morris Chang pada 2007
    Chang menceritakan perjalanan pribadinya dari daratan Tiongkok ke Taiwan, lalu studi dan pekerjaan di AS, termasuk ditolak saat mendaftar program doktoral MIT tetapi kemudian beruntung masuk ke jalur industri yang berkembang pesat
    Setelah mengumpulkan cukup kekayaan, wawasan industri, dan jaringan, ia kembali ke Taiwan dan mendirikan TSMC, dan setelah itu sisanya adalah sejarah yang sudah dikenal
    Ia juga membandingkan gaya engineering Asia dan AS, dengan pandangan bahwa engineer Asia cenderung lebih sistematis, lebih rajin belajar, dan lebih tertib, sementara engineer AS cenderung lebih inovatif tetapi kurang sistematis dan kurang tertib
    Pada saat yang sama, ia juga mengatakan bahwa kelompok yang inovatif dan kelompok yang sistematis bisa saling melengkapi
    https://archive.computerhistory.org/resources/access/text/2013/05/102658129-05-01-acc.pdf

  • Pertanyaan yang agak terkait: saya penasaran apakah Intel membeli peralatan EUV dari ASML
    Yang saya maksud bukan peralatan High-NA, melainkan peralatan EUV biasa
    Saya tidak bisa menemukan jawabannya secara online, tetapi fab baru di Irlandia tampaknya berada dalam cakupan EUV biasa

    • Semua orang pada akhirnya harus membeli dari ASML, dan bahkan kalau mau pun ada antreannya
      Karena kompleksitas dan biayanya yang luar biasa, hampir tidak mungkin muncul pesaing yang realistis
      Fab bernilai miliaran dolar juga tidak akan mau bereksperimen dengan peralatan dari perusahaan baru
    • Tidak ada tempat lain untuk membeli peralatan EUV
      ASML adalah satu-satunya pemasok di dunia
      Fab 34 di Irlandia menerima peralatan ASML EUV pertamanya dua tahun lalu
      Peralatan High-NA EUV tampaknya tidak akan masuk ke fab generasi ini, dan unit pertama dikirim beberapa bulan lalu ke fab pengembangan Intel

  • Langkah 1: kumpulkan 20 miliar dolar
    Langkah 2: bangun fab semikonduktor senilai 20 miliar dolar
    https://knowyourmeme.com/memes/how-to-draw-an-owl