Speicherherstellung versus Speichermontage

Server-Leistung per DRAM vom Konzept bis Auslieferung

| Redakteur: Ulrike Ostler

In 34 Phasen teilt Crucial, eine Marke von Micron, den Herstellungsprozesses von Server-Speichern. Dazu kommen mehr als 100 Tests und Prüfungen.
In 34 Phasen teilt Crucial, eine Marke von Micron, den Herstellungsprozesses von Server-Speichern. Dazu kommen mehr als 100 Tests und Prüfungen. (Bild: Crucial/Micron)

Nicht nur in explizit konvergenten und hyperkonvergenten Servern spielt die Leistungskraft der Speicher eine bedeutsame Rolle, weil jede Server-Anwendung von aktiven Daten abhängt. Die Art und Weise, wie Server-Memory entsteht, ist daher durchaus von Interesse, oder sollte es sein, so Crucial, eine Marke von Micron.

Nur drei Firmen weltweit können zu Recht behaupten, dass sie Speicher von Anfang bis Ende herstellen: Micron, Samsung und SK Hynix. Das ist wichtig, so Crucial; 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 Server-Module zusammenstellen.

Nach Darstellung des hauseigenen Whitepaper „Herstellung unseres Serverspeichers“ riskieren Unternehmen Ausfallzeiten, wenn die in den Rechnern verwendeten Speicherbausteine nicht von einem Speicherhersteller stammen, sondern zusammengesetzt wurden. Doch wie sehen dann die Produktionsphasen bei Crucial aus?

Die drei Phasen der Herstellung von Server-Speichern

Der Prozess der Serverspeicherherstellung läuft in drei Phasen ab: Konzeption und Entwicklung, Herstellung und Montage sowie die Prüfung.

Phase I: Konzeption und Entwicklung

Das Crucial/Micron-Designteam stellt aus Siliziumscheiben Wafer her. Das sei wichtig, weil qualitativ hochwertige Module nur das Ergebnis qualitativ hochwertiger Konzeption sein könnten, so Crucial.

Das Unternehmen erarbeitet, wie aus Siliziummaterial ein funktionales, fertiges Modul hergestellt werden kann, in einem vom System unterstützten Formfaktor. Dazu kommen die Funktionalitäts- und Spezifikationsparameter, die von Server-Herstellern an das Unternehmen herangetragen werden. 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

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.

Die folgenden Phasen entsprechen den beiden Hauptschritten der Modulmontage.

1. Vom Wafer zum Die

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. Daher arbeiten die Beschaffungs-, Engineering- und Qualitätsteams eng zusammen.

2. Vom Die zum Modul

Unter Verwendung von Wafer-Sägen mit Diamantklinge und hohem Wasserdruck werden sodann die Dies aus dem Wafer geschnitten. Mithilfe einer elektronischen Wafermap werden die besten Dies ausgewählt. Golddrähte (die gerade einmal 0,025 Millimeter dick 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.

Die Crucial-These lautet: Die Server-Leistung mit DRAM lässt sich nur wirklich verbessern werden, wenn von Anfang bis Ende überwacht und getestet wird. Solche Prozesse können nur die Hersteller leisten.
Die Crucial-These lautet: Die Server-Leistung mit DRAM lässt sich nur wirklich verbessern werden, wenn von Anfang bis Ende überwacht und getestet wird. Solche Prozesse können nur die Hersteller leisten. (Bild: Crucial/Micron)

Phase III: Prüfung

Die Komponenten und Module werden sechs Testphasen unterzogen, die während der Hauptphasen der Konzeption und der Montage stattfinden.

1. Untersuchung

Das ist laut Crucial wichtig, weil dies der Ausgangspunkt für das Ermitteln von Leistung, Ergebnis, Qualität und Zuverlässigkeit ist. Und während die bisherigen Schritte von keinem Unternehmen außer dem Hersteller erledigt werden können, sind die Untersuchungen auch von Firmen möglich, die keine Speicher herstellen.

Bei Crucial/Micron hat sich der folgende Abluf bewährt: Sobald aus dem hochwertigen Silizium Wafer hergestellt wurden, wird einen Testprozess auf Komponentenebene angestoßen, 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.

2. Burn-in-Tests

Beim Burn-in-Test werden die Fehlerraten ermittelt – ebenso ein entscheidender Schritt bei der Bereitstellung von zuverlässigem Server-Speicher. Solche Prüfungen kann ausschließlich ein Speicherhersteller bei seinen Produkten übernehmen.

Verwendet werden einzigartige, von Micron hergestellte Brennöfen, um nach Frühausfällen zu suchen und sicherzustellen, dass jeder Die die eigenen Zuverlässigkeitsstandards 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. Sind die Tests erfolgreich, wird der Die in Plastik verkapselt und zu einer Komponente.

3. Finale Tests mit Hitze und Kälte

Extreme Konditionen trennen die fehleranfälligen Komponenten von den Komponenten, die Bestand haben werden. Diese Tests stellen sicher, dass die Komponenten das Leistungsniveau innerhalb bestimmter Bereiche auch unter extremem Stress beibehalten. Entsprechende Tests können auch von Fremdfirmen erfolgen.

Dabei müssen die Komponenten Geschwindigkeits-, Spannungs-, Zeit- und Refresh-Margin-Tests bei heißen, kalten und Raumtemperaturen erfolgreich absolvieren, um in zehn wichtigen Leistungsbereichen zu bestehen.

4. Modulzusammenbau

Bei Zusammenbau der Module kommt es darauf an, dass die anderen Teile in der Lage sein müssen, die Qualität des DRAM zu komplementieren. Denn ein Speicher ist mehr als eine Zusammensetzung aus Komponenten.

Für das Erstellen der Module müssen die Komponenten 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.

5. Qualitätssicherung

Nachdem ein Modul verschiedene 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 Ihrem System installiert werden. Auf diese Weise will Crucial nachhaltige, anhaltende Leistung und Zuverlässigkeit garantieren können.

6. Kompatibilitätstests

Es bleiben die Kompatibilitätstests. Denn wenn Module nicht kompatibel sind, sind auch Zuverlässigkeit und Leistung nicht mehr wichtig. Dazu gehört, dass die Server-Speichermodule nicht nur den internen Standards genügen, 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-Server-Module kompatibel sind und so funktionieren, wie es beworben wird. Erst dann werden sie verpackt und ausgeliefert.

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