剛剛過去的8月,是個讓國內(nèi)半導(dǎo)體人倍感壓力的月份。

月初,美國《芯片與科學(xué)法案》落地,決定對華禁售用于14nm以下先進制程工藝及制造相關(guān)設(shè)備,包括有“芯片之母”之稱的設(shè)計軟件EDA,意圖阻止中國大陸獲得高端芯片制造能力;月底,美國要求其本土企業(yè)停止向中國出口用于人工智能工作的頂級計算芯片GPU,有業(yè)內(nèi)人士稱,美國此舉意在“鎖死中國人工智能發(fā)展的天花板”。

先斷供高端EDA軟件,卡住設(shè)計端;又禁售部分尖端GPU芯片,卡住產(chǎn)品端——這給高端芯片長期依賴進口的國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)帶來的,除了“心理上的震蕩”,更有刀鋒上的寒氣。時至今日,打造自主可控的半導(dǎo)體制造能力,實現(xiàn)高端芯片自由,已經(jīng)成為中國半導(dǎo)體的業(yè)界共識、行業(yè)發(fā)展的硬核邏輯。

因此,在美國頻頻“亮刀”、全球半導(dǎo)體行業(yè)競爭日益加劇的大潮下,國內(nèi)晶圓廠紛紛在擴大產(chǎn)能的同時不斷探索國產(chǎn)替代之路。但值得關(guān)注的是,芯片制造的國產(chǎn)替代是一項系統(tǒng)工程,不僅僅要在“硬件”上下功夫,還要在工業(yè)軟件方面傾注心力,從而在提升生產(chǎn)效能、良率等關(guān)鍵指標的同事,更確保核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全可控。

助力晶圓廠挑戰(zhàn)先進制程

自20世紀60年代至今,芯片上的晶體管數(shù)量已從1個增加到100億以上,與此同時,芯片制造的規(guī)模和復(fù)雜度也呈幾何級增長。而隨著全球加速進入5G+AI時代,先進制程芯片已成為市場剛需,國內(nèi)晶圓廠需要不斷向上突破,才能擺脫“低端烙印”,以高端先進制程撐起半導(dǎo)體的“中國制造”。這一進程中,集成了生產(chǎn)執(zhí)行、設(shè)備管理、先進過程控制、故障偵測和良率管理等一系列關(guān)鍵軟件,并貫穿芯片生產(chǎn)的執(zhí)行、運營和控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié),被視為半導(dǎo)體行業(yè)的生命級軟件系統(tǒng)CIM(計算機集成制造系統(tǒng))是個繞不開的話題。

如果說設(shè)計軟件EDA是半導(dǎo)體工業(yè)軟件皇冠上的明珠,那么在生產(chǎn)制造領(lǐng)域,CIM系統(tǒng)的光輝也絕不遜色。事實上,制程越先進,晶圓廠對CIM系統(tǒng)的依賴就越大,特別是代表著當下全球先進制程芯片使用方向的12英寸晶圓的復(fù)雜工藝流程,高度依賴這一系統(tǒng)來管理和執(zhí)行。數(shù)據(jù)顯示,目前國外成熟的代工廠,大約99%以上的執(zhí)行和決策都依賴于CIM系統(tǒng)?？梢哉f,CIM系統(tǒng)水平的高低,直接決定了晶圓廠向先進制程挺進、打造新的競爭力能否成功。

當前,12英寸晶圓恰是國內(nèi)晶圓廠擴產(chǎn)潮中的主流產(chǎn)品。預(yù)計到2026年底,中國大陸12英寸晶圓廠總月產(chǎn)能將超過276.3萬片,相比目前提升165.1%,這為國產(chǎn)CIM系統(tǒng)提供了廣闊的應(yīng)用空間。而隨著晶圓尺寸從8英寸發(fā)展到12英寸,晶圓廠產(chǎn)線設(shè)備更多、工藝更復(fù)雜、生產(chǎn)決策時間更短,這對CIM系統(tǒng)的底層架構(gòu)以及系統(tǒng)自身功能性、穩(wěn)定性、可靠性都提出了更高要求。

因應(yīng)半導(dǎo)體廠對CIM國產(chǎn)化、先進化的旺盛需求,CIM系統(tǒng)相關(guān)的國產(chǎn)化替代進程也在不斷加速,一批該領(lǐng)域的頭部企業(yè)如賽美特、格創(chuàng)東智、上揚軟件等均不斷實現(xiàn)突破。例如,賽美特以”填補國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白”為目標,在國產(chǎn)替代方面已陸續(xù)有案例落地。格創(chuàng)東智作為源自半導(dǎo)體制造行業(yè)的國家級雙跨行業(yè)平臺,其自研CIM系統(tǒng)具備高穩(wěn)定性和高并發(fā)處理能力,著力幫助8英寸、12英寸Fab廠和封測廠實現(xiàn)了動態(tài)設(shè)備管理、精準物流管理、高效計劃協(xié)同、透明的生產(chǎn)執(zhí)行和精準的質(zhì)量追溯,系統(tǒng)支持手動、半自動到全自動化工廠運行,為晶圓廠挑戰(zhàn)先進制造提供強大助力。芯享科技則聚焦封測領(lǐng)域,其國產(chǎn)化產(chǎn)品已覆蓋行業(yè)TOP10的三分之一。

為晶圓廠數(shù)據(jù)安全護航

作為半導(dǎo)體生產(chǎn)的生命級系統(tǒng),CIM通過對海量實時數(shù)據(jù)的處理和使用,串聯(lián)起大大小小幾十個不同系統(tǒng),最終確保半導(dǎo)體工廠可以在數(shù)據(jù)的支撐下實現(xiàn)流暢運轉(zhuǎn)、保障精密制造。這同時也意味著,CIM系統(tǒng)中流動著大量與生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)的核心數(shù)據(jù)。例如,針對良品率的監(jiān)測和報告,部分CIM系統(tǒng)會直接測量各個生產(chǎn)流程的良率,并通過給定公式計算出總良率,以便及時調(diào)整生產(chǎn)流程,而總良率往往是廠商機密。

由于CIM系統(tǒng)的高門檻和高復(fù)雜性,以往這一領(lǐng)域鮮有國產(chǎn)廠商的身影,當前國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的12英寸晶圓廠中,絕大部分CIM系統(tǒng)依然來自國外廠商。而在當前復(fù)雜多變的國際形勢下,涉及大量核心數(shù)據(jù)處理的工業(yè)軟件安全性,已成為國內(nèi)晶圓廠的一大主要訴求。沒有數(shù)據(jù)安全,便會受制于人,自主可控也無從談起,前車之鑒已然太多。

目前,上揚軟件、格創(chuàng)東智、賽美特、哥瑞利、鎧鉑科技等本土玩家,紛紛通過研發(fā)和推廣應(yīng)用自研產(chǎn)品,力求保障半導(dǎo)體廠商核心數(shù)據(jù)安全與自主可控。賽美特自主研發(fā)的國產(chǎn)CIM解決方案,涵蓋1800多個滿足8寸及12寸晶圓廠制造所需要的功能,能夠打破國外廠商壟斷。格創(chuàng)東智自主研發(fā)的半導(dǎo)體智能工廠CIM整體解決方案,近期獲評2022世界半導(dǎo)體大會“十大芯勢力”產(chǎn)品,是大會上唯一獲評的半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)品,目前廣泛應(yīng)國內(nèi)各大晶圓制造廠和封測工廠,并在包括中環(huán)環(huán)鑫,高芯科技、華虹宏力、積塔、中車、中芯國際在內(nèi)的多個國內(nèi)半導(dǎo)體工廠整廠核心系統(tǒng)國產(chǎn)化建設(shè)項目中落地。上揚軟件則將其先進過程控制系統(tǒng)APC出口美國,為美國半導(dǎo)體企業(yè)AOS位于俄勒岡州的8英寸晶圓廠定制開發(fā)APC。

推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控

硅片、晶圓生產(chǎn)、封裝測試、成品組裝,多工廠、多車間生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化,多業(yè)務(wù)、多流程、多系統(tǒng)數(shù)據(jù)拉通……多領(lǐng)域多系統(tǒng)協(xié)調(diào),這是CIM系統(tǒng)實施過程中常見的場景。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈長而復(fù)雜,而芯片生產(chǎn)是整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)配套協(xié)作的過程,所以哪怕是一家企業(yè),也可能涉及產(chǎn)業(yè)鏈上下游不同環(huán)節(jié)。

在 “國產(chǎn)替代“的強呼聲中,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控已成為國家戰(zhàn)略,而推動 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈核心系統(tǒng)自主可控,是實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控的關(guān)鍵一環(huán)。CIM系統(tǒng)廠商要扛起國產(chǎn)大旗,還需對產(chǎn)業(yè)鏈上下游有深刻洞察,具備全產(chǎn)業(yè)鏈溝通能力,并有豐富案例積累。

而其中的難點在于,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上大多數(shù)企業(yè)的系統(tǒng)建設(shè)都存在散、亂、差的問題——“散”指的是數(shù)字化以單點建設(shè)為主,今年上個MES、明年上個WMS、后年上個APS;“亂”指的是缺乏整體規(guī)劃以及順序優(yōu)化;“差”指的是湊合著用,甚至“太多的企業(yè),上一套系統(tǒng),三年之內(nèi)就不用了”。國產(chǎn)廠商若不能以整體思維提供前瞻性規(guī)劃和全棧式解決方案,便無法在整廠、多廠,甚至產(chǎn)業(yè)鏈上下游的貫通合作中,完美整合數(shù)十個功能各異又相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)。

國內(nèi)各CIM廠商將整體解決方案作為化解企業(yè)系統(tǒng)建設(shè)“散、亂、差”的利器,目前,芯享科技已形成滿足半導(dǎo)體工廠生產(chǎn)制造自動化所需的軟件矩陣,可根據(jù)客戶的整體需求,構(gòu)建從軟件、硬件到現(xiàn)場實施的定制化CIM解決方案。上揚軟件最近則為隸屬于上海韋爾半導(dǎo)體股份有限公司——豪威集團旗下的豪威半導(dǎo)體(上海)有限責任公司開發(fā)實施12英寸OCF Fab的CIM“全家桶”解決方案。格創(chuàng)東智繼續(xù)放大其獨特的整廠實施能力,其智能工廠全流程全棧產(chǎn)品和解決方案覆蓋生產(chǎn)運營、品質(zhì)良率改善、設(shè)備健康、能耗管理等多個領(lǐng)域,已成為國內(nèi)為數(shù)不多的自研產(chǎn)品在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上中下游均已落地的廠商,服務(wù)的半導(dǎo)體客戶涵蓋半導(dǎo)體材料、晶圓制造、封裝測試及半導(dǎo)體設(shè)備環(huán)節(jié),為其實現(xiàn)了從硅片、晶圓生產(chǎn)、封裝測試、到成品組裝,多工廠、多車間的生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化。

在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨諸多不確定性的背景下,穩(wěn)定、自主可控的國產(chǎn)化CIM軟件不僅是保證企業(yè)高效、敏捷制造的好幫手,也是實現(xiàn)“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控”國家戰(zhàn)略的重要保證。破而后立,曉喻新生,當前美國的封鎖和禁運,對于國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)既是打壓危機,也是突圍契機,國內(nèi)企業(yè)奮起直追之時,工業(yè)軟件中的“中國力量”也被賦以重任,整個行業(yè)匯聚新動能,也必將開創(chuàng)新局面,應(yīng)對一切未知挑戰(zhàn)。