Wenn DRAM schon während der Herstellung von Anfang bis Ende überwacht und getestet wird, hat das erheblichen Einfluss auf die Serverleistung. Ein Blick hinter die Kulissen bei Crucial.
Server sind die Kraft hinter einem modernen Unternehmen. Speicher aber sind ist die Leistungskraft, die hinter den Servern steht. Weil jede Serveranwendung von aktiven Daten abhängt, ist zuverlässiger Speicher von entscheidender Wichtigkeit. Die Art und Weise, wie Serverspeicher hergestellt wird, ist daher von großer Bedeutung. Nur drei Speicherhersteller gibt es weltweit. Einer davon ist Micron mit der Marke Crucial. Dieser gewährt einen detaillierten Einblick in seinen Herstellungsprozess „aus einer Hand“ und dessen immense Vorteile.
Speicherherstellung vs. Speichermontage
Nur drei Firmen weltweit können zu Recht behaupten, dass sie Speicher von Anfang bis Ende herstellen: Micron, Samsung und SK Hynix. Das ist wichtig, denn viele durch Dritte geschützte Marken behaupten von sich, Komponentenhersteller zu sein, während sie eigentlich eher Monteure sind, die mit einer Vielzahl an Komponenten von verschiedenen Anbietern Servermodule zusammenstellen. Serverspeicher zu verwenden, der so zusammengesetzt wurde, kann im schlimmsten Fall zu Ausfallzeiten führen, denn die Qualität kann nicht über den ganzen Herstellungsprozess hinweg sichergestellt sein, so wie es bei einem Anbieter der Fall ist, der seine Speicher in allen Produktionsphasen testet und überwacht.
So wird Crucial-Serverspeicher in drei Phasen hergestellt
Der Prozess der Serverspeicherherstellung läuft in drei extrem detaillierten Phasen ab: Konzeption und Entwicklung, Herstellung und Montage sowie die Prüfung. Und all diese Schritte sind notwendig, um zuverlässige Module herzustellen, auf deren Leistung Verlass ist.
Phase I: Konzeption und Entwicklung
Die Designteams von Crucial stellen aus Siliziumscheiben Wafer der nächsten Generation her. Dies ist der erste Unterschied zwischen Serverspeicher von Crucial und Serverspeicher, der montiert wird und in dem Module von anderen Anbietern zusammengesetzt werden.
Qualitativ hochwertige Module sind das Ergebnis qualitativ hochwertiger Konzeption. Bei Crucial beginnt die Vision, schnellen und zuverlässigen Serverspeicher herzustellen, bereits während der Konzeption. Zunächst wird erarbeitet, wie aus Siliziummaterial ein hoch funktionales, fertiges Modul hergestellt werden kann, in einem vom System unterstützten Formfaktor. Dann setzt Crucial Funktionalitäts- und Spezifikationsparameter ein, die sie von Serverherstellern erhalten, um die am besten geeigneten Designs zu entwickeln. Die Konzepte müssen einen Prozess bestehend aus 13 Schritten durchlaufen, in denen sie erstellt, geprüft und umfassend analysiert werden, bevor sie für die Herstellung freigegeben werden.
Phase II: Herstellung und Zusammenbau
Unter Verwendung von hochmoderner Ausrüstung in Reinräumen, die rund 92.903 Quadratmeter groß und sauberer sind als ein Operationssaal in einem Krankenhaus, werden aus ausgewählten Wafers einzelne Dies (Chips) geschnitten und zu Komponenten zusammengesetzt. Dann werden die Komponenten auf Premium-Leiterplatinen (PCB) montiert, aus denen dann die Module werden. Insgesamt gibt es bis zu 15 Schritte im Montageprozess, damit Qualität bis ins kleinste Detail sichergestellt werden kann.
Vom Wafer zum Die
Qualität entsteht nicht einfach im Speicher, sie muss von Anfang an generiert werden. Alles, was in den Wafer kommt (insbesondere die Ausgangsstoffe), muss umfassend getestet werden. Der kleinste Fehler oder Defekt in nur einem der Elemente kann das fertige Produkt ruinieren. Und daher arbeiten die Beschaffungs-, Engineering- und Qualitätsteams bei Crucial eng zusammen, um sicherzustellen, dass strenge Standards erfüllt werden, denn nur so kann höchste Qualität erzielt werden.
Vom Die zum Modul
Qualitativ hochwertige Dies herzustellen, ist nur ein Teil der Geschichte – um schließlich in einen Server eingebaut zu werden, muss die Qualität auf Die-Ebene mit den anderen Teilen des Moduls abgestimmt werden. Unter Verwendung von Wafersägen mit präziser Diamantklinge und hohem Wasserdruck werden die Dies aus dem Wafer geschnitten. Mithilfe einer elektronischen Wafermap werden die besten Dies ausgewählt. Golddrähte (die nur 0,025 mm dünn sind, was einem Drittel des Durchmessers von menschlichem Haar entspricht) verbinden die Bond-Pads des Dies mit den Lead-Fingern des Rahmens. Der Die wird dann in Plastik verkapselt und die Komponenten werden an der Leiterplatine angebracht. Die Module sind nun bereit, getestet zu werden.
Phase III: Prüfung
Die Komponenten und Module werden sechs Testphasen unterzogen, die während der Hauptphasen der Konzeption und der Montage stattfinden.
- Untersuchung
Dies ist der Ausgangspunkt für das Ermitteln von Leistung, Ergebnis, Qualität und Zuverlässigkeit. Sobald aus dem hochwertigen Silizium Wafer hergestellt wurden, verwendet Crucial einen Testprozess auf Komponentenebene, um die Dies (Elemente der finalen DRAM-Serverkomponente) in jedem Wafer zu überprüfen. Die Dies werden dann in diesem Schritt funktionellen, parametrischen und so genannten Shmoo-Tests unterzogen, um die Disposition auf Die-Ebene zu bestimmen.
- Burn-in-Tests
Das Ermitteln von Fehlerraten ist ein entscheidender Schritt bei der Bereitstellung von zuverlässigem Serverspeicher. Crucial verwendet einzigartige, von Micron hergestellte Brennöfen, um nach Frühausfällen zu suchen und sicherzustellen, dass jeder Die die Zuverlässigkeitsstandards von Micron erfüllt. Die Dies werden einer Vielzahl an extremen Temperaturen und Spannungen ausgesetzt, um die Integrität der Drahtbonds zu überprüfen und nach thermischen Lecks zu suchen. Außerdem müssen die Dies Signalintegritätstests bestehen. Wurden diese Tests erfolgreich durchgeführt, wird der Die in Plastik verkapselt und zu einer Komponente.
- Finale Tests mit Hitze und Kälte
Extreme Konditionen trennen die fehleranfälligen Komponenten von den Komponenten, die Bestand haben werden. Die Komponenten müssen Geschwindigkeits-, Spannungs-, Zeit- und Refresh-Margin-Tests bei heißen, kalten und Raumtemperaturen erfolgreich absolvieren, um in zehn wichtigen Leistungsbereichen zu bestehen. Diese Tests werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Komponenten das Leistungsniveau innerhalb bestimmter Bereiche auch unter extremem Stress beibehalten.
- Modulzusammenbau
Speicher ist mehr als nur eine Zusammensetzung aus Komponenten – die anderen Teile müssen in der Lage sein, die Qualität des DRAM zu komplementieren. Die Komponenten müssen auf einer Leiterplatine montiert werden. In einem achtstufigen Prozess unter Verwendung von superschnellen automatisierten Bestückungsmaschinen und automatisierten Reflow-Öfen entstehen die fertigen Module. Nachdem das Modul zusammengebaut ist, muss es einen Hot-Module-Test bestehen, um zu prüfen, ob es ordnungsgemäß montiert wurde.
- Qualitätssicherung
Nachhaltige, anhaltende Leistung ist die Definition von Zuverlässigkeit. Nachdem ein Modul Tests außerhalb des Rahmens des JEDEC-Spezifikationsdatenblatts bestanden hat, wird es weiteren Parameter- und Funktionstests innerhalb der bestimmten Bereiche des Datenblatts unterzogen, die zehn Leistungsbereiche prüfen. Sobald die elektrische und mechanische Leistung des Moduls bestätigt wurde, kann es verpackt, ausgeliefert und in die Kundensysteme installiert werden.
- Kompatibilitätstests
Wenn Module nicht kompatibel sind, dann sind auch Zuverlässigkeit und Leistung nicht mehr wichtig. Crucials Serverspeichermodule erfüllen nicht nur einen hohen internen Standard, sie müssen auch Branchenstandards erfüllen oder übertreffen. Mithilfe von neun verschiedenen Reihen von Qualitätstests unter Verwendung mehrerer Motherboards wird die Leistung getestet, um sicherzustellen, dass Crucial-Servermodule kompatibel sind und so funktionieren, wie es beworben wird. Erst dann werden sie verpackt und ausgeliefert.
Qualität von Anfang bis Ende
In allen 34 Phasen unseres Herstellungsprozesses und mehr als 100 Tests und Prüfungen werden leistungsschwache Teile aussortiert, und nur die besten schaffen es in die Server der Kunden. Qualität ist wichtig, und sie ist das Ergebnis dessen, was in jeder einzelnen Phase der Produktion stattfindet. Wird Speicher nur montiert, können vielleicht einige, aber nicht all diese Schritte repliziert werden. Nur ein echter Speicherhersteller kann jeden Aspekt der Produktion auswählen, überwachen und testen, und nur so kann ein höheres Niveau an Zuverlässigkeit bereitgestellt werden, das nicht zu imitieren ist.
Quelle: Crucial
Video: Herstellung von Crucial-Serverspeicher (DRAM)
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