剛剛過去的8月,是個(gè)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(duì)華禁售用于14nm以下先進(jìn)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(jì)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(jí)計(jì)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(jì)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(jìn)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(shí)至今日,打造自主可控的半導(dǎo)體制造能力,實(shí)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(shí)、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(jìng)爭(zhēng)日益加劇的大潮下,國內(nèi)晶圓廠紛紛在擴(kuò)大產(chǎn)能的同時(shí)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(xiàng)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(biāo)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(jìn)制程

自20世紀(jì)60年代至今,芯片上的晶體管數(shù)量已從1個(gè)增加到100億以上,與此同時(shí),芯片制造的規(guī)模和復(fù)雜度也呈幾何級(jí)增長。而隨著全球加速進(jìn)入5G+AI時(shí)代,先進(jìn)制程芯片已成為市場(chǎng)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(jìn)制程撐起半導(dǎo)體的“中國制造”。這一進(jìn)程中,集成了生產(chǎn)執(zhí)行、設(shè)備管理、先進(jìn)過程控制、故障偵測(cè)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(yùn)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(jí)軟件系統(tǒng)CIM(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))是個(gè)繞不開的話題。

如果說設(shè)計(jì)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(shí)上,制程越先進(jìn),晶圓廠對(duì)CIM系統(tǒng)的依賴就越大,特別是代表著當(dāng)下全球先進(jìn)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(jìn)制程挺進(jìn)、打造新的競(jìng)爭(zhēng)力能否成功。

當(dāng)前,12英寸晶圓恰是國內(nèi)晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)潮中的主流產(chǎn)品。預(yù)計(jì)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(shí)間更短,這對(duì)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(duì)CIM國產(chǎn)化、先進(jìn)化的旺盛需求,CIM系統(tǒng)相關(guān)的國產(chǎn)化替代進(jìn)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(yáng)軟件等均不斷實(shí)現(xiàn)突破。例如,賽美特以"填補(bǔ)國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白"為目標(biāo),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(jí)雙跨行業(yè)平臺(tái),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(cè)廠實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)設(shè)備管理、精準(zhǔn)物流管理、高效計(jì)劃協(xié)同、透明的生產(chǎn)執(zhí)行和精準(zhǔn)的質(zhì)量追溯,系統(tǒng)支持手動(dòng)、半自動(dòng)到全自動(dòng)化工廠運(yùn)行,為晶圓廠挑戰(zhàn)先進(jìn)制造提供強(qiáng)大助力。芯享科技則聚焦封測(cè)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(hù)航

作為半導(dǎo)體生產(chǎn)的生命級(jí)系統(tǒng),CIM通過對(duì)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理和使用,串聯(lián)起大大小小幾十個(gè)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(shí)現(xiàn)流暢運(yùn)轉(zhuǎn)、保障精密制造。這同時(shí)也意味著,CIM系統(tǒng)中流動(dòng)著大量與生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)的核心數(shù)據(jù)。例如,針對(duì)良品率的監(jiān)測(cè)和報(bào)告,部分CIM系統(tǒng)會(huì)直接測(cè)量各個(gè)生產(chǎn)流程的良率,并通過給定公式計(jì)算出總良率,以便及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)流程,而總良率往往是廠商機(jī)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(dāng)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(dāng)前復(fù)雜多變的國際形勢(shì)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(huì)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(yáng)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(gè)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(píng)2022世界半導(dǎo)體大會(huì)“十大芯勢(shì)力”產(chǎn)品,是大會(huì)上唯一獲評(píng)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(cè)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(gè)國內(nèi)半導(dǎo)體工廠整廠核心系統(tǒng)國產(chǎn)化建設(shè)項(xiàng)目中落地。上揚(yáng)軟件則將其先進(jìn)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(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控

硅片、晶圓生產(chǎn)、封裝測(cè)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(shí)施過程中常見的場(chǎng)景。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈長而復(fù)雜,而芯片生產(chǎn)是整個(gè)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(qiáng)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(dòng) 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈核心系統(tǒng)自主可控,是實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(duì)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(diǎn)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(diǎn)建設(shè)為主,今年上個(gè)MES、明年上個(gè)WMS、后年上個(gè)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(gè)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(dòng)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(chǎng)實(shí)施的定制化CIM解決方案。上揚(yáng)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(tuán)旗下的豪威半導(dǎo)體(上海)有限責(zé)任公司開發(fā)實(shí)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(dú)特的整廠實(shí)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(yùn)營、品質(zhì)良率改善、設(shè)備健康、能耗管理等多個(gè)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(cè)試及半導(dǎo)體設(shè)備環(huán)節(jié),為其實(shí)現(xiàn)了從硅片、晶圓生產(chǎn)、封裝測(cè)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(shí)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(dāng)前美國的封鎖和禁運(yùn),對(duì)于國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)既是打壓危機(jī),也是突圍契機(jī),國內(nèi)企業(yè)奮起直追之時(shí),工業(yè)軟件中的“中國力量”也被賦以重任,整個(gè)行業(yè)匯聚新動(dòng)能,也必將開創(chuàng)新局面,應(yīng)對(duì)一切未知挑戰(zhàn)。