Zo worden RTX 2080 Ti videokaarten en Trident X desktops gemaakt: een blik achter de schermen bij MSI

Inhoudsopgave
  1. 1. Shenzhen: van 30.000 naar 20 mln. inwoners
  2. 2. De desktopmarkt en MSI
  3. 3. Over de MSI-fabrieken
  4. 4. Nvidia GeForce RTX 2080 Ti productie
  5. 5. Nvidia GeForce RTX 2080 Ti productie - vervolg
  6. 6. MSI Trident X productie
  7. 7. Testapparatuur en toekomst van productie
  8. 8. Reacties

Shenzhen: van 30.000 naar 20 mln. inwoners

Deze week hadden we de mogelijkheid om mee te kijken hoe MSI in een van zijn twee grote fabrieken in China videokaarten en systemen vervaardigt. Die kans grepen we natuurlijk met beide handen aan. We verbleven een paar dagen in het IT-hart van Shenzhen en kregen een rondleiding door de fabriek, waarbij we ook uitgebreid foto's mochten maken - een zeldzaamheid.


Uitzicht over Futian district in Shenzhen

Shenzhen is voor veel lezers van Hardware.Info ongetwijfeld geen onbekende naam: hier bevindt zich de bulk van de Chinese technologieindustrie en er zijn dan ook weinig techbedrijven die hier geen productiefaciliteit hebben. De stad is niet alleen om die reden bijzonder: dertig jaar geleden bestond hij niet, althans niet in de vorm waarin je hem nu aantreft als je hem bezoekt. 

Naar verluidt is Shenzhen 'geïnspireerd' door het naburige Hong Kong, eveneens bekend als techhub, maar tot 1997 geen volledig onderdeel van China dankzij een constructie waarin het territorium voor 99 jaar in beheer was van het Verenigd Koninkrijk. Sindsdien is het een bijzondere administratieve regio van China. Shenzhen kreeg in 1980 de bestemming van speciale economische zone, op welk moment het 30.000 inwoners telde. Anno 2018 zijn dat er ruim 12 miljoen - en daarbij komt nog eens een tijdelijke bevolking van pakweg 8 miljoen mensen, die voor kortere tijd komen werken in de stad. Die zijn afkomstig uit heel China (en daarbuiten), waardoor de stad in sommige opzichten het hele land weerspiegelt. De gemiddelde leeftijd bedraagt slechts 30 jaar: vooral jongeren trekken naar Shenzhen, en keren huiswaarts wanneer ze een gezin stichten. 

Op bezoek bij MSI

MSI heeft een van zijn twee grote fabrieken in het gebied, waar het onder meer moederborden, videokaarten en systemen vervaardigt, zowel voor het eigen merk als voor tal van opdrachtgevers. Wij waren in de gelegenheid een bezoek te brengen aan de fabriek, waarbij we ook een update kregen over het bedrijf, de staat van de desktopmarkt en MSI's visie daarop en plaats daarin, en een aantal nieuwe producten werd geïntroduceerd. Het is tamelijk uitzonderlijk dat we een blik achter de schermen krijgen in China zelf (in Taiwan komt het ook niet vaak voor, maar wel iets frequenter), dus we ondernamen de lange reis om onze bevindingen met jullie te delen.

De desktopmarkt en MSI

Eerder deze week kon je er al kort iets over lezen in ons bericht over de nieuwe MSI Trident X desktop: de desktopmarkt slinkt nog altijd, maar het segment van luxere desktops is groeiend. Dat segment bestaat voor een belangrijk deel uit gaming pc's en het is dan ook daar waar MSI voldoende kansen ziet. Onderstaand zie je enige slides uit een presentatie die het bedrijf voor de internationale pers hield op een evenement in Shenzhen - excuses voor de kwaliteit, het zijn foto's van de slides, originelen worden van dit soort presentaties zelden ter beschikking gesteld. 

De cijfers die MSI liet zien, beginnen met genoemde dalende trend voor desktops: in 2018 is dat naar verwachting net iets minder dan 1% afname. De redenen mogen bekend zijn: laptops zijn voor de meeste toepassingen 'snel genoeg' en hebben inherente voordelen die voor de meeste mensen zwaarder wegen dan die van desktops. 

Desalniettemin is binnen die desktopmarkt wel duidelijk zichtbare groei in het duurdere segment, wat MSI definieert als systemen vanaf 1000 euro. Het eerste kwartaal van 2018 deed het zelfs 42% beter dan het eerste kwartaal van 2017; de toename van de respectieve tweede kwartalen was bescheidener, maar wel degelijk significant. Een verklaring voor de groei gaf men niet, maar het is natuurlijk wel zo dat in maart 2017 AMD's Ryzen-processors op de markt kwamen, en er sindsdien een stortvloed van nieuwe processors is geweest van zowel AMD als Intel, met een forse toename van het maximale aantal rekenkernen dat voor de consumentenmarkt beschikbaar was. Het is goed mogelijk dat veel mensen de gelegenheid hebben aangegrepen om een upgrade te doen. In welke mate systemen voor coin mining in deze cijfers zijn opgenomen is ons niet bekend - die trend zal ongetwijfeld van invloed zijn, en wellicht ook weer in de cijfers over de tweede helft van het jaar blijken omdat de cryptohype zo'n beetje rond de helft van dit jaar op zijn einde liep. 

Hoe dan ook ziet MSI voldoende ruimte voor duurdere systemen, want de cijfers van de omvang van de gaming markt spreken boekdelen. Ook in Nederland, weliswaar in verhouding klein, wordt naar verwachting ruim 600 miljoen omgezet. MSI ziet de markt dan ook naar eigen zeggen als voldoende groot voor meerdere spelers, en verdient zowel geld met de eigen systemen als met de bouw hiervan voor wat feitelijk rechtstreekse concurrenten zijn. 

In tegenstelling tot die concurrenten richt het zich wel exclusief op duurdere segmenten, zoals uit bovenstaande grafiek blijkt. Tussen de 700 en 1000 dollar (we gebruiken beide gemakshalve even door elkaar, omdat europrijzen vaak neerkomen op dollarprijzen plus belasting) levert het ook nog wel wat, maar het zwaartepunt ligt bij systemen van 1000 euro of meer - zie de rechterhelft van de afbeelding. De 'grote vijf' hebben alle een flink aandeel in het sub-700 euro segment; kijk je alleen naar duurdere desktops, dan kan MSI behoorlijk concurreren.

Dat blijkt ook uit de laatste slide die we te zien kregen: in heel wat landen heeft MSI zich een top-3 positie verworven in de relatief lucratieve high-end desktopmarkt. In Nederland staat het zelfs op de eerste plaats, evenals in Italië en Noorwegen.

Het afgelopen jaar heeft MSI het desktopaanbod geprobeerd te stroomlijnen; bovenstaand plaatje geeft aardig aan hoe de diverse segmenten momenteel bediend worden. De Trident X die eerder deze week officieel werd geïntroduceerd is dus duidelijk in de top gepositioneerd, maar een Trident A met bescheidener specificaties moet snel volgen; ook is er een nog niet nader benoemd model in de onderkant van het aanbod op komst, maar daar moeten we nog even op wachten.

Overigens vallen ook monitoren onder de desktopstrategie van MSI. Meer daarover kon je al lezen in ons nieuwsbericht over de nieuwe MAG271CQR en MAG321CQR.

Over de MSI-fabrieken

MSI heeft twee grote fabrieken in China, een in Shenzhen en een in Kunschan. In de eerste worden onder meer moederborden, videokaarten en desktopsystemen gemaakt, in de tweede ook notebooks. Wij waren in de fabriek in Shenzhen om te zien hoe dekstopsystemen en videokaarten worden gefabriceerd.


Ingang van hoofdgebouw A van de MSI-fabriek in Shenzhen

De fabriek in Shenzhen heeft een totale oppervlakte van 200.000 m², waarvan een groot deel in beslag wordt genomen door woon- en leefruimte voor werknemers (de letters in roze vakjes op onderstaande afbeelding). De productiefaciliteit vult de (ongeveer) andere helft op. 

Long line vs cell line

Voor ons bezoek gingen we naar de fabrieksgebouwen A en B, waar respectievelijk (o.a.) videokaarten en systemen worden gebouwd. Zoals te zien op de afbeelding zijn er 17 productielijnen in gebouw A; 13 voor moederborden en 4 voor videokaarten. In gebouw B zijn meer verschillende productietypes; naast een aantal lijnen voor printplaten ook voor all-in-one pc's, systemen (SPB) en servers (EPS). Naast meerdere zogeheten long line producties, waarbij producten stap voor stap worden opgebouwd, veelal met een lopende band als verbindingsmiddel, zijn er ook meerdere cell line faciliteiten, feteilijk compacte fabrieksdelen waarin werknemers op één plek producten vervaardigen. Bijvoorbeeld compacte pc's, die aan een tafel in elkaar gezet worden en aan een tafel erachter worden getest. 

  • Tab 1
  • Tab 2

Nvidia GeForce RTX 2080 Ti productie

De fabricage van een videokaart lijkt in veel opzichten op die van een moederbord - in beide gevallen moet een printplaat worden voorzien van soldeer en componentjes middels een gestandaardiseerd proces dat al tientallen jaren min of meer hetzelfde is. Bij de presentatie toonde MSI ons dan ook het (hieronder getoonde) schematische productieverloop van een moederbord, maar dat mag de pret niet deren. Net zoals we onlangs beschreven over moederborden, valt dat verloop in grofweg twee delen uiteen: SMT en DIP. Oftewel het plaatsen van componenten rechtstreeks op de printplaat (smt) dan wel door de printplaat heen met behulp van pootjes aan de zijkanten van de betreffende componenten (dip). 

In de ECAT-afdeling van de MSI-fabriek in Shenzhen bevindt zich een groot aantal straten waarin dit productieproces wordt doorlopen, voor zowel moederborden als videokaarten. Wij liepen mee langs twee productielijnen waarop de GeForce RTX 2080 Ti werd geproduceerd. Aan weerszijden van de 'straat' op onderstaande afbeelding loopt dus een complete productielijn. 

Stap één in het smt-deel van het proces is het aanbrengen van soldeerpasta op de plaatsen op de printplaat waar de componentjes moeten worden bevestigd. Dat doet onderstaande machine, die de pasta letterlijk print op de bestemde plaatsen. Dit proces wordt overigens twee keer doorlopen, een keer voor de onderzijde van de printplaat, een keer voor de bovenzijde. We beginnen onderop.

  • Kale printplaat...
  • ...soldeerpasta aanbrengen
  • Detail

Vervolgens kunnen de componenten direct op de printplaat worden bevestigd. Dat gaat geheel geautomatiseerd, met een van onderstaande machines. Spoelen met allerlei elektrische componenten voeren het apparaat, dat deze onderdelen volautomatisch op de juiste plekken bevestigt. Rekken met spoelen staan klaar om lege te vervangen.

  • Tab 1
  • Tab 2

Zitten alle componentjes eenmaal op hun plaats, dan is het zaak ze permanent te bevestigen. Daarvoor is deze zeer lange machine, waarin met hete lucht de soldeerpasta vloeibaar wordt gemaakt om deze weer te doen stollen tussen printplaat en componenten.

Een aparte machine doet een optische inspectie van het eindresultaat: dat wordt vergeleken met een voorbeeld in het geheugen van het apparaat, en indien niets afwijkt mag de printplaat door naar de volgende stap.

  • Tab 1
  • Tab 2

Die is heel simpel, maar er is wel weer een aparte machine voor vereist: hier draait de printplaat om, zodat de onderkant onderop komt te liggen en de bovenkant beschikbaar komt om het hele proces nog eens op te doorlopen.

En dat begint dus weer met het aanbrengen van soldeerpasta...

  • Tab 1
  • Tab 2

...het plaatsen en solderen van surface-mounted onderdelen, met één belangrijk verschil...

  • Tab 1
  • Tab 2

...aan deze kant wordt ook de daadwerkelijke chip van de gpu geplaatst. Dat gaat met een aparte bracket, wat gezien de complexiteit en kosten van een RTX 2080 Ti chip niet zo vreemd is.

Eén medewerker heeft de verantwoordelijkheid om die bracket te verwijderen en visueel te controleren of de chip goed geplaatst is.

Nvidia GeForce RTX 2080 Ti productie - vervolg

Deze machine plaatst condensatoren op de printplaten van de videokaarten.

Eenmaal voorzien van condensatoren vervolgen de RTX 2080 Ti's in wording hun weg in paren.

Hier vindt wederom een optische inspectie plaats, maar deze is nog niet volledig geautomatiseerd: een medewerker moet nog meekijken.

Zit alles op z'n plek, dan wordt het vastgesoldeerd.

Een visuele inspectie volgt, en indien nodig wordt overtollig soldeer verwijderd - met een kleine of grote borstel.

  • Tab 1
  • Tab 2

Dan is het tijd om de backplate te monteren, en de slotplaat bracket.

  • Tab 1
  • Tab 2

Na de backplate kan de kaart op de koeler geplaatst worden: fans aansluiten en dan vastschroeven.

  • Tab 1
  • Tab 2

Na een laatste visuele en handmatige inspectie is het tijd voor de test.

In een groot aantal 'zijstraatjes' op de productielijn heeft MSI vele opstellingen waarop de nieuwe videokaarten kunnen worden getest. Ze doorlopen een gestandaardiseerd testprotocol om te controleren dat ze beeld geven, correct werken en dat ook de koeling naar behoren functioneert. 

  • Tab 1
  • Tab 2

Werken de kaarten zoals zou moeten, dan volgt nog een laatste inspectie, de anti-statische verpakking en het in de doos plaatsen. De dozen worden weer in omdozen verpakt, die worden gewogen. Dat heeft een belangrijke functie: komt het gewicht niet overeen met de juiste waarde, dan zijn er te weinig of te veel zaken verpakt - bijvoorbeeld kabels, documentatie of andere papieren. Is het gewicht correct, dan kan de doos met meerdere RTX 2080 Ti's op de pallet voor verzending.

  • Tab 1
  • Tab 2
  • Tab 3

Hieronder zie je de andere kant van de dubbele vga-productielijn.

MSI Trident X productie

Om te zien hoe het assembleren van systeem in zijn werk gaat, namen we een kijkje in hal B van het complex, waar de gloednieuwe Trident X van de band rolt. Voor systemen heeft MSI drie verschillende workflows: een op basis van een lopende band (long line) en twee op basis van 'cel' assemblage, voor all-in-one systemen en compacte desktops. De Trident X wordt aan een lopende band geassembleerd.

Voordat we daarbij aankwamen, liepen we nog langs onderstaande constructie. Dit is een ruimte waarin de panelen van all-in-one systemen worden geassembleerd. Deze is voorzien van afzuiging en afscherming om stof en statische elektriciteit buiten de deur te houden. Op de dag dat wij aanwezig waren, werden er geen AiO's geassembleerd.

Stap één van de totstandkoming van een Trident X systeem is de behuizing en de diverse delen die daarop bevestigd worden, zoals het paneel met rgb-verlichting.

  • Tab 1
  • Tab 2

Vervolgens volgen moederbord en processor.

  • Tab 1
  • Tab 2

En daarna zijn opslag en de pci-express riser aan de beurt.

  • Tab 1
  • Tab 2

Eén medewerker monteert de modulaire voeding, een collega verderop zorgt ervoor dat alle kabels netjes lopen.

  • Tab 1
  • Tab 2

Ten slotte volgen de processorkoeler voor de Intel Core i9-9900K, de GeForce RTX 2080 Ti videokaart en het voetje onder de kast voor verticale plaatsing...

  • Tab 1
  • Tab 2
  • Tab 3

...en het systeem is klaar voor een functietest om te kijken of hij opstart en alle poorten het doen.

  • Tab 1
  • Tab 2

Even verderop zien we een 'cel' waarin mini-pc's worden geassembleerd.

Een laatste blik op de lopende band waar de Trident X'en vanaf rollen (8 minuten van begin tot eind).

En in deze kast staan systemen een langduriger test te doen.

Testapparatuur en toekomst van productie

Zoals hopelijk duidelijk zal zijn geworden, zitten er heel wat inspectie- en controlemomenten in de productieprocessen van MSI, variëren van volautomatische analyse van plaatsing van componenten op een printplaat tot handmatige controle van de werking van fans, tot functionele en burn-in tests om de werking te controleren. Voor moederborden controleert het bedrijf ook de socket apart - van elk moederbord dat de fabriek verlaat bewaart het een foto van de productie, zodat altijd gecontroleerd kan worden of een bord met defect socket de fabriek verliet, of dat dit elders is gebeurd.

Daarnaast heeft het bedrijf echter ook een aparte afdeling om afzonderlijke delen van het productieproces te ondersteunen om zo de kwaliteit te bewaken. Zo vindt er voorafgaand aan een nieuwe productierun een analyse plaats van de gebruikte soldeerpasta, om te zien of die wel aan de eisen voldoet. 


Deze machine analyseert de samenstelling van de soldeerpasta

Er zijn diverse soorten microscopen - waaronder acoustische en rasterelektronen - om chips en printplaten te analyseren.

  • Tab 1
  • Tab 2
  • Tab 3
  • Tab 4
  • Tab 5


Hitachi S-3000N scanning electron microscope


Thermo Scientific Nicolet iN10 infrared microscope


Olympus BX51 microscoop


KSI V40E scanning acoustic microscope


Keyence VHX-600E digitale microscoop

Alsmede zelfs een röntgenscanner.

  • Tab 1
  • Tab 2

Op grote afbeeldingen bovenaan de muren staat in elke ruimte waarop te letten bij het analyseren van producten en materialen, zoals hier voor chips en halfgeleiders die worden bekeken met een scanning acoustic microscope om te zien of sprake is van minuscule breuken of barsten.

  • Tab 1
  • Tab 2

In een laatste ruimte bevinden zich een massaspectrometer, waarmee een nauwkeurige chemische analyse van de bestanddelen van een product of bronmateriaal kan worden uitgevoerd...

... een klimaatkamer waarin extreme temperaturen langzaam en snel teweeg kunnen worden gebracht, om te testen hoe producten en verpakkingen daarop reageren...

...en een g-kracht simulator om te beoordelen of verpakkingen afdoenden zijn om de producten erin heel te houden

Toekomst

MSI gaf in een vraaggesprek aan weinig te zien in volledige automatisering van de productie. De voordelen hiervan wegen voor het bedrijf niet op tegen de nadelen: als fabrikant die ook voor derden produceert en relatieve 'nicheproducten' maakt, hecht het meer aan flexibel in te zetten mensen die meerdere dingen kunnen doen, dan machines die één ding heel goed en heel snel kunnen doen. Sommige videokaarten, zo vertelde men ons, worden maar in oplages van 400 stuks gemaakt - het is absoluut niet rendabel om daarvoor gespecialiseerde apparatuur te kopen of te ontwikkelen om ze van A tot Z zonder menselijke tussenkomst te produceren.

Het bedrijf ziet meer in het verbeteren van bestaande technieken. Zo is een zwak punt van de soldeermethode met warme lucht, die momenteel de industriestandaard is voor het bevestigen van componenten op de printplaat, dat deze niet gelijkmatig verhit. Bovendien kunnen er luchtbellen in de soldeer terecht komen, die kunnen zorgen voor hoorbare feedback wanneer het product in werking treedt of zelfs voor onvoorziene defecten.

De oplossing ligt in een nieuwe verhittingsmethode, die het bedrijf vanaf komend jaar zal gaan inzetten. Hierbij vindt de verhitting plaats in een vacuumomgeving met behulp van stoom. Hierdoor moet de verhitting gelijkmatiger zijn, zonder dat luchtbellen geïntroduceerd kunnen worden.

Met dergelijke innovatieve productiemethodes verwacht MSI grotere concurrenten de loef af te kunnen steken - dan wel voor de concurrenten die ook klanten zijn nog interessantere producten te leveren voor wat nog altijd een groeiende niche in een krimpende markt is.

0