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在布魯克林海軍造船廠的一棟改造建築中，曾經是紐約市造船的中心，初創公司 Nanotronics 正在制定下一代晶片製造設施的計畫。該公司雄心壯志的核心是所謂的「Cubefab」，這是一個模組化晶片製造設施，與人工智慧驅動的軟體整合在一起，可以運送到任何地方並在現場組裝。
這家擁有 14 年歷史的公司表示，Cubefab 可以在一年內啟動並運行，幾乎可以在任何地點生產半導體。
Nanotronics 已經從包括 Peter Thiel 的創始人基金和英特爾已故聯合創始人 Gordon Moore 在內的投資者那裡籌集了約 1.62 億美元，該公司今年將向中東客戶運送其第一台 Cubefab，目標是到 2025 年使晶圓廠投入使用。
「關閉供應鏈循環的能力非常重要，」該公司的聯合創始人兼首席執行長馬修‧普特曼（Matthew Putman）說。「你可以把晶片送到你需要的地方。」
隨著全球晶片製造能力達到極限，建造新生產設施的競賽正在進行中。製造晶片的製造廠或晶圓廠是大型設施，需要數年、數十億美元和數百英畝或更多英畝的土地才能建造。
Nanotronics 的 Cubefabs 可以坐落在兩英畝（約為 519 坪）的土地上，可能代表了一種快速啟動晶片製造的方式，特別是在美國。美國正在花費數十億美元來支持國內製造業並保障其晶片供應。該公司以及已經獲得在美國建設晶片工廠資金的晶片製造商，可能成為近 530 億美元《晶片法案》資金的受益者。
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建成後，Cubefabs可能成為美國第一家生產用於商業用途的半導體的預製晶圓廠。「你可以用相對較少的成本和時間建造一個小型晶圓廠，」Forrester 分析師 Glenn O'Donnell 說。
普特曼說，較小的晶片晶圓廠也使研究機構、大學和公司能夠將晶片製造放在手邊。
雖然 Nanotronics 尚未獲得美國客戶，但所有設計和科學工作都在其位於布魯克林海軍造船廠的總部進行，這是一座擁有近 70 英呎（約為 21 公尺）天花板的建築群，建於內戰末期，用於造船。
Nanotronics 於 2010 年由 Putman 和他的父親 John 在俄亥俄州創立，開始製造人工智慧驅動的顯微鏡和機器人技術，可以掃描和發現航空航太、汽車和半導體裝置中的缺陷。該公司表示，該檢測系統佔其業務的大部分，並有超過 200 個客戶安裝。
普特曼說，2020 年，Nanotronics 從 New Lab 海軍造船廠的共享跨學科空間新實驗室搬到了自己的 45,000 平方英呎（約為 1,264 坪）建築 20 號樓，由總部位於紐約的建築公司 Rogers Partners 用預製部件進行改造。
該公司表示，該建築仍然包含其造船時代的橫樑，曾經用於用鐵包層裝甲船舶，並為船舶和潛艇移動大型機加工零件。
Nanotronics 晶圓廠是為製造特定的功率晶片而設計的，而不是先進的圖形處理單元（GPU）和其他微處理器，這些微處理器是由大型晶圓廠台積電製造的。
Putman 說，首先，Cubefabs 將主要製造用於資料中心電力路由的交換機-這是保持人工智慧設施中電力流動所必需的-以及電動汽車的電源逆變器。
這種晶片就像半導體的「醜陋的繼子」，Forrester 的 O'Donnell 說。他說，它們很受歡迎，有一系列的應用，但沒有像微處理器或 GPU 那樣受到關注。
Putman 說，Nanotronics 晶圓廠面積約為 519 坪，四個獨立的晶圓廠組成了一個 Cubefab，當它被安排在一個四葉草中時，有一個服務立方體 - 該立方體設有行政辦公室，員工區域和公用事業入口點。一個完整的四晶圓廠 Cubefab 面積為 2,271 坪，需要多達約 12242 坪的土地。
每個 Nanotronics 晶圓廠都有兩個所謂的潔淨室 ，即製造過程中的無塵空間，耗資約 2000 萬美元。Nanotronics 說，一個潔淨室大約是 52 坪，由塗層鋁等靜電放電保護材料製成。模組化晶圓廠大部分是結構鋼管和波紋鋼包層，可以安裝在平板卡車或 40 英呎（約 12.1 公尺）貨櫃箱上。
中央服務多維資料集包含少量可以運行基於 AI 的軟體的 NVIDIA GPU。「從半導體晶片本身的生長到封裝，這一切都在這些晶圓廠中完成，」普特曼說。
普特曼說，人工智慧是 Cubefab 營運的關鍵部分，它使許多複雜的工藝工程自動化，而這些工程需要一百名左右的高技能工人。「我們可以將 Cubefab 放在沒有半導體基礎設施的地區，並啟動並運行。
由於人工智慧，一個晶圓廠可以被丟棄在新的位置，並由三十多名只有工廠經驗的工人營運。該公司表示，一個四晶圓廠的工廠將需要多達 174 名工人。
人工智慧能夠動態地審查製造過程，並在此過程中對溫度和其他因素進行校正。「當晶圓被生產出來時，」他說，「上面沒有缺陷。」
晶片本身是由碳化矽和氧化鎵等材料組合而成的，氧化鎵是一種半導體材料，可以在微晶片中進行圖案化，但尚未在商業規模上這樣做。普特曼說，現在的關鍵區別在於，人工智慧已經成熟，可以「閉環」生產基於氧化鎵的晶片。
麥肯錫高級合夥人比爾‧懷斯曼（Bill Wiseman）表示，雖然預製方法在台灣和韓國的晶圓廠建設中很常見，但在美國並不常見，因為在美國，晶圓廠往往是定製的，節省的勞動力通常被物流成本所抵消。波士頓諮詢集團董事總經理兼合夥人 Gaurav Tembey 表示，對於目前建造的大多數晶圓廠來說，建築成本僅佔總成本的 20% 左右。
儘管如此，選址仍然具有挑戰性。Forrester 的 O'Donnell 表示，存在將化學品引入現場環境的問題，要求客戶遵守當地法規。
Nanotronics 首席營運官詹姆斯‧威廉姆斯（James Williams）表示，該公司已指導客戶為 Cubefab 選擇最佳位置，那裡的電力和水供應穩定。Cubefab 平均每天需要 800 加侖的水。單個晶圓廠使用 2.7 兆瓦的電力，四個晶圓廠需要 8.7 兆瓦的電力。
在運送這些部件並為當地操作員提供初步培訓後，普特曼表示，客戶向 Nanotronics 支付費用，以使用其硬體和基於人工智慧的軟體。該公司表示，其人工智慧套件的成本為 40 萬至 300 萬美元，具體取決於感測器流的數量和資料量。該公司還與客戶採用收入分享模式，並專注於將 Cubefabs 投放到非洲和全球南方。
「我喜歡對 Cubefab 中可以製造的所有東西抱有遠大的夢想，」普特曼說，「作為未來生產方式的典範。」
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