全球工厂之旅：Intel的主板研发中心

在全球工厂之旅系列文章中，上次为大家揭示了《全球工厂之旅：AMD处理器的诞生之地》的奥秘。获得很多
网友的喝彩，今天小编献上这个系列的第二篇文章，看看AMD的死对头Intel又有怎样的绝活。　　我们都知道Intel的原厂主板有着惊人的稳定性，也知道Intel有着Tick-Tock产品发展战略，每两年处理器的架构和制造工艺技术就会有一次重大的革新。即使是发烧级电脑爱好者，也渴望拥有一块顶级的Intel原厂主板。在主板的研发过程中，要想达到长期稳定的运行，同时又需要惊人的性能表现，这可不是一件轻松的小任务。几乎没有人知道Intel一款产品的研发周期究竟有多长，都经历过怎样反反复复的重新设计。在位于美国俄勒冈州的希尔斯伯勒高校园区中，拥有着Intel最为顶级的主板研发设计团队。他们的设计工作几乎涉及到Intel主板的每一个方面。当你拿到一款全新的Intel主板时，你可曾想过辛勤研发生产他们的工程师们么？　　今天就请大家随着小编一起走进神秘的Intel研发中心，向你展示世界上最为顶级的Intel主板是如何被设计出来的。神秘的设计中心戒备森严，在小编我被限制了人身自由，经过了数道金属探测器和摄像头之后。我们缓缓的步入了这座科技圣堂。而在我们缓缓前行的同时，也将揭秘这个基于Intel-PC平台科技创新的幕后推手。电磁排放测试 　　如果你对你的手机非常担心，那些电磁辐射可能会烘烤你的大脑，那么你绝对会爱上我们在Intel访问的第一站。这个房间是用于测试电脑的无线电波排放量。测试的环境情景有多种，既有开放式又有封闭式的。这类试验是为了通过FCC和CE类似的标准规范认证。在美国和欧盟上市的电子产品必须通过FCC和CE认证。他们的效力就好比咱们中国的3C强制认证一样。为了安全起见，Intel平台的产品的测试标准将更为严苛，指标要远超FCC和CE认证。例如途中这个测试平台，就要超过FCC规范4dB。　　如果你看到有个坏小子在你家的后院拿着这么一个大家伙，也许你会以为它是一个空中高清频道接收器。但是小编我要告诉你，你猜错了。这种结构怪异的天线有着特殊的用途。它可以向外释放电磁波，频率从32MHz到2GHz。此外Intel还采用了18GHz的喇叭形天线，这种天线的工作范围仅有3米。它可以发出强烈的干扰信号。测试Intel的产品在强电磁干扰下能否正常工作。　　纯净的测试房间只能单独测试主板的电磁辐射发散量，但是在我们的实际生活中，周围的电磁辐射要比这些复杂的多。因此就有了这张图片中更为复杂的测试环境。一个5.1音箱散发着沉重的金属乐轰鸣，一对游戏手柄还在震动。几十个外置硬盘也在拷贝着照片和视频。这样的测试用来模拟我们日常家居的电磁环境。值得一提的是Intel有一个非常响亮的系列主板品牌Smackover，在每一款新产品问世的时候，就会经历这里各种严苛的测试。这里正在测试的是史上第一块零卤素材料的Smackover主板。听觉测试　　在隔壁，是声学实验室。随着厚重的隔音大门砰然关上，整个房间的背景噪音水平会下降到20分贝。给人的感觉并不是世界都安静了……而是一种发自内心的幽闭。房间内的房顶是半球状的穹顶。这里散布着10只麦克风，他们所指向的就是室内的中心。每个麦克风距离室内中心的距离为1米。　　Intel的随行工程师John Blair解释说，大概在10年以前，Intel就开始对产品进行声学压力测试了。而在测试时对于环境的要求是极为的苛刻。除了要保持一个较低的背景噪音以外，还要提供干燥的空气，提供统一的测试距离。例如，一些设备制造商可能宣称自己的产品噪音仅有30dB。但这是麦克风距离音源有1米的情况下的测试结果。如果麦克风距离音源有2米，那么很可能噪音指数会降低到29dB。这就是为什么现代许多噪音测试会使用声音功率这个指标。它是一个绝对的能量值，所发出的声波能量独立于环境因素。然而声音功率在测量的时候，却需要一个类似这张照片中的麦克风阵列设备。听觉测试：复制人类的耳朵　　这个房间主要用来测量风扇噪音。例如笔记本或者准系统中所配备的小型风扇。在这个密闭的小格子中，会进行各种小风扇的声压测量和CFM立方英尺每分钟的空气流量测量。通过它，工程师就可以分析出风扇在怎样的电压等级下可以得到最高的性能/噪音比。从而可以进一步优化风扇的转速与芯片的发热量。他们还可以用于研发工作，帮助工程师研发出更为伟大的声学技术。例如在笔记本周围采用韧性更强的金属材料，这样可以有效的降低笔记本的噪音输出。复制人类的耳朵　　对于声音的压力和功率测试来说，他们只是物理测量，如同温度和电压一样，是一个非常客观的理论值。但是对于人类的耳朵来说，对于声音的敏感性却是非线性的。人类的耳朵在某些特定频率和特定声音等级下，会异常敏感。由此“声音质量”就是第三种对各种基于Intel出品的电子设备调教的一种测试。它也同时会对声音的音调、声音的锐度和声音的浑厚程度进行测试。这里的测试环境与前面我们看到的负责系统测试声学的房间差不多，不过这里换上了人类的耳朵。通常这里会雇佣一些听力较好的志愿者或者是工程师亲自上马。这里使用塑料人头模型来作演示，而他的头部与笔记本的距离都有着严格且精确的规范。　　在这个幽闭的评测室内，工程师们要作的就是让我们尽可能的去聆听。聆听这些电子设备工作时所产生的声音。这对于主板来说有着非常积极的作用。举例来说，在主板被设计出来之后，还有许多返工的工作。例如优化主板中电阻、电容、电感等电器元件的排列与摆放。由于主板中会有时钟脉冲信号，他们会以一种非常特殊的形式在主板中流动。当所使用的各种电器元件材料与电流频率共振时就会产生一些奇怪的声音。又或者那些漏电、短路的电路和原件在工作时也会发出较大的异响。这些都会引起主板的震动从而产生噪音。因此作为主板的设计工程师们就要尽力找到这些问题原件。有趣的是Intel的工程师们会把他们称作是“会唱歌的电容器”。当你要对处理器进行超频的时候，那么需要选用更为强大的电感。他们工作时的倾斜、震动也都会发出声音。工程师们需要找到更好的绝缘材料才能修补这些设计漏洞。极限环境测试　　你所看到的这个庞然大物叫做Thermotron，温差电偶真空计。它可以制造极端的压力、温度和湿度环境。每一个设备大约有7立方米容积，尺寸为4m*4m*4m。可以营造环境湿度的范围从20%到95%。而温度可以从零下73至零上177摄氏度。一般来说，地球上的温度范围是零下89至零上177度。基本上涵盖了整个地球所有地方的极端气候。当然如果你是这里的工作人员，午饭时也可以用它作一大锅炖肉。不过如果你着急在午餐时间用它加热食物就不行了。因为它虽然能模拟较大范围的温差，但是内部的温度变化也与自然环境一样缓慢，每分钟只能变化5度。因为你如果在撒哈拉沙漠晒50度的日光浴，不可能瞬间又跑到北极享受零下50度的冰饮。地球上的温度，总要一点一点的变化。电脑硬件疲劳测试　　欢迎来到最为震撼的震动共鸣测试室。它可能是你有史以来见过劲头最大的“喇叭”。这里主要测试主板可以承受多大的物理冲击。如果你的笔记本电脑不小心从桌子上跌落，那么它能有生还的可能么？如果不小心被当做足球狠狠踢飞出去，它还能保证可以正常运作么？这个房间就是用一种比较温柔的方式来蹂躏你的硬件。　　信不信由你，这个庞然大物的工龄已经超过25年了。它本质上讲就是一个巨大的单声道扬声器。它的重量达400磅，可以产生大约6000磅的推力。记得它当年进厂的时候是由6名硬汉吃力的抬来的。此后它的下面装有一个小型起重机。在图片中，你可以看到后面还有一根长长的黑色管子。它一端连接的是3马力的鼓风机，从屋顶接入 。它可以让冷空气通过扬声器的线圈，这样可以保持喇叭的冷却。在隔壁的屋子中还有一台类似的机器，那更是个庞然巨物，性能足有眼前这台的两倍之多，也是用来进行物理冲击试验之用的。震动和共鸣测试　　震动和共鸣测试的机器是用来测试非包装的裸主板，和在主板长途运输过程中所受到的冲击和颠簸。例如在一套蜿蜒的石子路上卡车的底盘会不停的颠簸，当遇到突然情况时又会来一个紧急刹车。在ATX主板的下方有一块厚达1英尺的钢板。ATX主板就像是在电脑机箱中一样，通过各个螺丝孔被牢牢的固定在这块钢板上。每次测试，会历经1个小时的时间，模拟卡车行驶1000英里的行程。如果说上文提到的电磁测试和噪音测试还有各种行业标准可以遵循的话，那么对于震动和共鸣的破坏，则完全没有任何行业规范。单就从这一点上来看，Intel为了保证消费者和经销商的利益确实在很多细节方面花费了不少心思。　　震动和共鸣测试可不仅仅是用来测试主板上是否有运输过程中留下的划痕。你可能注意到电容与主板连接的地方是最为脆弱的。如果你像是扭动自己手指那样，扭动这些电容，那么他们很容易就会脱落。在震动与共鸣测试中会对主板产生极大的物理压力。主板中很多部分都紧密的排列着电容，有的地方甚至会紧密的排列十多个。运输时相互的作用力很可能使他们脱落。另外北桥芯片也是个大问题。散热器的扣具是否能经受严苛的考验。如果扣具力道过大，那么在震动和共鸣时，散热器可能会压碎下面的芯片。如果扣具的压力过小，那么散热器很可能与主板脱落。重力冲击测试　　看到这张图片确实觉得非常夸张，在我们日常的生活中，似乎很难对主板痛施杀手。这个大盒子中并没有其他的东西，只有一块待测的主板。整个金属箱体的重量超过75磅。主要是模拟主板在飞机上运输时，一不小心，飞机坠落时，这批Intel的主板是否还能继续工作云云之类的极端情况。主板被安装在厚重的ATX机箱内，使用螺丝将其固定。这个测试是箱体承受25G的重力冲击，而内部的板卡则会承受50G的冲击。主板扭曲测试　　这台机器与我们刚才所看到的震动和共振测试机器类似，但是它可以提供更为猛烈的极速上升和下降测试。而且它比我们刚才所看到的机器的体积都要巨大。它可以提供每秒130英尺的冲击。它可以模拟100至200英尺每秒变速的冲击。这些测试会对主板的PCB造成较大冲击，快速将主板弯曲。通过这些测试，工程师们会设计出更坚固的主板垫片和固定螺丝孔位。横向震动测试　　这是一个更大的震动与共鸣测试机，测试人员会给主板的四个边角安装螺丝钉。在强力的冲力作用下，主板会造成所谓球面弯曲冲击力。从而测试主板元件是否会从主板上掉下来。首先主板在测试前会被染色，在测试后会对主板进行扫描。如果发现裂纹或者断层，那么就表示这里的焊料会出现问题。那就意味着某处的制造工艺还需进一步改进完善。抛物线测试　　这张图片比较鲜活，两名测试人员正在操作分析系统。除了评估测试数据之外，他们也要保证自身的安全。如果周围的屏蔽门被打开，该机器是无法工作的。主板会从4.4英尺的高处跌落。每次进行测试时候，测试人员都要大叫“啊啊啊……！”用来纪念被摔的粉碎的主板亡灵。如果没有屏蔽网，那周围的测试人员可能会被主板临死前的自爆的碎片所打伤。包装外力冲击测试　　与震动和共鸣测试室相比，这个显得更加恐怖。整个机台上，我们可以看到一把大锤。此时你脑海中必须想象一些特别暴力粗野的快递公司。他们在装货与卸货的时候可从来不考虑什么“贵重物品，轻拿轻放”之类的条款。根据跌落的不同，它可以模拟从6英寸到6英尺不等包裹距离所受到的冲击。包括对包装2个角落和三条边进行冲击测试。Intel的工程师解释道，如果一个包裹重为20磅，那么如果从36英尺的高空跌落，就会摔的粉碎。如果一个包括重达120磅，那么它从18英尺的地方跌落，可能就会摔的粉碎了。更轻巧的产品，如手持掌上设备很容易在运输的时候被扔来扔去。这就意味着他们将遭受高达3000G的冲击力。在黑暗中工作　　这就是Intel的办公区域，工位遍布整个房间，到处都是一个个的小格子。办公条件似乎与google那种非常温馨的时尚家居感觉迥异。感觉工程师们都在一个个小笼子里等着被屠宰一样。他们在此完成繁琐的主板设计修改和优化工作。当我们第一次进入到这个区域的时候，给人感觉他们已经工作了很长的时间没有休息了。事实上，主板设计中有许多需要计算机辅助设计工作。CAD设计人员为了能够更加准确的看到他们屏幕上的信息，特意采用了这种几乎全黑的工作环境。有时候，Intel的销售人员称他们为“旷工”。可想而知，主板上的密布的电路就像是城际间的供电网，芯片中复杂的链路设计就像是规划整个城市建筑。正是因为有这么多默默工作的人，我们今天才能享受到如此卓越的Intel主板。你在吃饭的时候，会想起种稻米的农夫么？修复破碎的主板　　在Intel的这个设计中心，并非每个工程师都是亡命的破坏之王。如图所见，这里也有负责维修的工程师。他们会收集测试中损坏的主板和原件。通过修复和检测让他们起死回生。这里俨然就是Intel另一座迷你型Fab。几乎所有的主板制造设备这里都有提供。
它们所要做的就是维修和更换主板的零部件，如BGA封装的芯片和ASIC的插件等等。体无完肤的测试尸体经过修复后，就再次被送入一个个测试小黑屋，等待他们的将是新一轮的虐待。工程师也需要睡觉　　虽然这里进行的很多测试都非常疯狂，但是在这里工作一段时间之后，你就会发现，这里也非常有人情味儿。在员工食堂中，Intel为员工们提供了免费的饮料，在户外也随处可以见到篮球场和篮筐。每一个员工都要力争自己会在团队中保持领先。在我们这一天的采访活动中，我们就看到至少三次有人在派送糖果蓝，而巧克力是大家最喜欢的。　　图片中是一个紧急眼睛清洗站，我们发现设计中心有很多这样的设施。我们导游开玩笑的说，以前这里曾经搞过马拉松比赛，他们是用来为选手休息淋浴用的，后来这些设施就坐落在这里了。毫无疑问，这些设施也可以为那些整天紧盯着屏幕的CAD工程师解除疲劳之用。工程师的新工位　　Intel对于这些高端主板研发工程师的福利还是相当丰富的。他们作为美国新一代的白领阶层不仅薪酬较高，而且备受公司关注。陪同随行的工程师刚刚休满了长达8周的长休假期。（如果你像他这样在Intel干上10年，也可以休这样的长假）图片是他的新工位，为了迎接他回来行政人员特意为他布置的。电气和发热测试　　此后的这个房间，是电气测试和发热测试。在这个宽敞的大房子内，每一个人都有自己的昵称和外号。例如实习医师小虎，脏手指泰坦等等。图片中是一个超大的工作台，很多技术人员，以及一个红外热成像系统。这些热成像系统会更细致的查看主板上的各个热源分布。这样高级的装备只有美国军方会配备。在热成像相机下面的，是Intel最新的P55主板，就是研发代号Ibex Peak平台的产品。虽然小编我偷偷的拍下了Intel原厂P55的样子，但不幸的是被周围的工作人员发现了。他们友好的请我删除了照片。不能在第一时间张贴P55的实物照片，确实会让广大的网友伤心，哎……大家还是耐心等待发布之日吧。热成像仪应用　　我们可以更进一步的观看Intel的热成像仪器。这是Intel最新的DX58so Smackover主板。这块主板采用了6相供电设计，你可以看到当接通电源之后，主板处理器插槽部分在均匀的升温。从这一点可以看出，Intel的DX58so主板设计的非常优秀，没有极热的热点突出。这就意味着电流分布非常平均，每一个电器元件的老化程度都会保持一致。主板外层可以使用风冷进行散热，这样Intel的工程师就可以估算出主板所能承受最大的电流负荷。　　现在很多主板厂商在最新的X58旗舰产品中都会使用16相供电设计，这确实给人留下了许多深刻的印象，至少他们在供电方面的规格可以让消费者觉得他们确实是高端产品，可以配的上高端产品的价格。但是供电设计真的越多越好么？在这里Intel的工程师就告诉我们，未必相数越多就越好。在这间测试室内，大量的测试表明。很多主板厂商的产品都会出现严重的负载不平衡问题。在16相供电设计中，也许某两三相供电的元件就会成为热点。这样的情况绝对是灾难性的。当元件达到了120度的高温时，发热就会达到失控状态，散热器无法带走更多的热量。例如一个反馈电路内某个元件温度过高就有可能焙烧其他组件。而真正的危险在150度，在这样的温度点上，PCB电路板就开始碳化。如果主板是放在立式机箱内的话，竖立起来的主板上，元件就会脱落，焊锡可能会流到附近的元件造成短路。　　幸运的是，Intel的Smackover主板布线非常平均，没有脱颖而出的热点。Intel所设计的主板即使在6相供电的条件下，仍然可以稳定运行140A/200W的处理器。而其他主板制造商则需要使用16相供电才能达到130A/180W的等级。极限环境测试：主板功耗测试、示波监测设备 　　主板功耗测试　　如果你曾经关注过高质量的电源，那么你肯定知道电源和负载的重要性。这张图展示的是一台功耗仪的测试结果。它可以测量主板中各个电路的功耗。当系统进入待机状态时的功耗是多少，当系统满负荷时的功耗是多少。这就意味着BIOS或者驱动可以更加精细的调节处理器的运行状态，在限制状态下，可以更加省电。通过这项测试，也可以查找一个Intel平台内有无重大的漏电现象。示波监测设备　　这个小编认识，这是Tektronix的示波器。它可以测量元件电压的步进。这里运行的测试是考察处理器在低电流的条件下与个性软件的瞬间负载冲击情况。处理器的电压被调节到较低的状态下，查看处理器运行软件时的反应。如果测试的波形超过预期，那么处理器就有可靠性问题。如果信号强度低于正常水平，那么可能会导致蓝屏死机。这个屏幕显示的是处理器每秒钟承受1000次100安培负载，这里显示处理器还有许多潜力可以压榨，它还可以继续超频。这台示波器价值12000美元，其实算是较为便宜的低端货了。因为处理器的频率并不算高。如果你要测试数据总线，那么需要多通道示波器。能够胜任这样严苛评测的示波器价格绝对要高达50000美元以上了。　　也许现在你已经发现，Intel的很多宣传品牌广告都会提及一部三维动画电影——Monsters vs. Aliens怪兽大战外星人。我们的陪同工程师向我们展示了Intel最新的三维技术。这是Intel与InTru 3D联手搞的一个合作。感兴趣的朋友可以看这里：http://www.meintru3d.com所有的电气工程师都很喜欢玩这个3D立体眼镜。如果能用它来看美剧，那小编我会更感兴趣一些。小编我也亲身试用了一下，确实可以非常逼真的把你带入三维世界。不过你若想在家里看这个，起码要配备一台120Hz刷新率的三星大液晶。　　就是在这种依依不舍的煽情镜头下，我们走出了Intel的研发中心。对于Intel的原厂主板产品，我们有了更深入的认识，Intel有着享誉全球最为稳定的处理器主板平台。虽然我们今天看到的一切并不意味着他们是世界上最快的产品，但是近几年来，Intel确实认可并鼓励玩家去超频。Core i7处理器的最高频率仅有3.3GHz，有玩家已经风冷超到了5GHz。这些都要归功于Intel出色的设计团队。　　相信其他的IT产品制造商也会有类似的研发机构。但是，他们还未曾邀请我们去参观。中国是世界的工厂，全球有许多国际知名大公司都在中国建厂，本土化生产优秀的产品。在这里，小编做一个小预告。下一篇全球工厂之旅，我们将要探寻身边的IT工厂。外围设备测试和听觉测试