最近幾年來受益于國產(chǎn)替代，半導(dǎo)體發(fā)展火熱，處于半導(dǎo)體領(lǐng)域的各個(gè)賽道都水漲船高。過去相對邊緣的半導(dǎo)體工業(yè)軟件開始走進(jìn)大眾的視野。從一開始的EDA軟件被禁，到今年大疆Figma軟件被禁，越發(fā)凸顯了軟件之于半導(dǎo)體的重要性。EDA是設(shè)計(jì)端的核心軟件，而另外一大半導(dǎo)體工業(yè)軟件系統(tǒng)CIM，則是制造端的重要軟件，近來也成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，國內(nèi)陸續(xù)浮現(xiàn)出了不少新老玩家。

　　何為半導(dǎo)體CIM軟件?

　　CIM(Computer Integrated Manufacturing，計(jì)算機(jī)集成制造)的概念是由Joseph Harrington博士在其1974年發(fā)表的書中提出的，CIM是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)生產(chǎn)的工具。CIM通過創(chuàng)建自動(dòng)化制造流程的能力，將人工參與度降低到最少，交由計(jì)算機(jī)來處理，加快制造速度，而且更不容易出錯(cuò)，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，CIM主要是部署在半導(dǎo)體晶圓制造以及先進(jìn)封測工廠內(nèi)部的生命級軟件系統(tǒng)，從信息的收集、分析、決策，到包括二次分析、大數(shù)據(jù)model的預(yù)測性分析、給出決策意見，都可由CIM系統(tǒng)完成。

　　而CIM系統(tǒng)又由數(shù)十種軟件系統(tǒng)組成，如制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、設(shè)備自動(dòng)化EAP、先進(jìn)制程控制APC、配方管理系統(tǒng)RMS、設(shè)備失效偵測與分類FDC、良率分析控制系統(tǒng)YMS、質(zhì)量管理系統(tǒng)QMS、設(shè)備保養(yǎng)系統(tǒng)PMS、工程運(yùn)行控制系統(tǒng)FMC、遠(yuǎn)程控制管理系統(tǒng)RCM、實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)RTD、自動(dòng)排產(chǎn)系統(tǒng)APS等。

　　在此前的文章《半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)不僅要硬，更需要“軟”》中，我們曾多次強(qiáng)調(diào)到，在整個(gè)CIM系統(tǒng)中，尤以MES最為核心。MES被喻為芯片制造的“大腦”，控制和管理芯片制造的全過程，通俗的來說，MES系統(tǒng)主要功能就是解決“如何生產(chǎn)”的問題。

　　但除了MES之外，被譽(yù)為“設(shè)備管理大師”的設(shè)備自動(dòng)化EAP系統(tǒng)，也是晶圓廠中最關(guān)鍵的系統(tǒng)之一。EAP系統(tǒng)是MES與設(shè)備的橋梁，它對生產(chǎn)線的機(jī)臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和機(jī)臺(tái)營運(yùn)狀態(tài)等都是通過EAP系統(tǒng)來收集，EAP將這些數(shù)據(jù)傳送給MES、AS等服務(wù)器對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，然后MES再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行指揮控制。所以EAP也是工廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化必不可少的控制系統(tǒng)。

　　再就是，隨著晶圓日趨增大和關(guān)鍵尺寸的不斷縮小，晶圓來到12英寸，原來的統(tǒng)計(jì)制程控制(SPC)已經(jīng)不能適應(yīng)12寸量產(chǎn)線的質(zhì)量控制要求，先進(jìn)制程控制(APC)成為不可或缺的關(guān)鍵系統(tǒng)。APC主要負(fù)責(zé)采集包括產(chǎn)品、工藝、設(shè)備、技術(shù)平臺(tái)等相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝配方的參數(shù)，以達(dá)到控制制程質(zhì)量、提高產(chǎn)品良率的目的。

　　但如同芯片一樣，CIM/MES軟件也是國外壟斷的局面。回顧半導(dǎo)體MES軟件的發(fā)展史，早期的玩家主要有Consilium、Promis、Fastech，但后來都相繼直接或間接被應(yīng)用材料收購;另一家IBM憑借自家晶圓廠和在軟件研發(fā)上的不斷積累打磨，推出了SiView系統(tǒng)。目前市場上MES系統(tǒng)主要產(chǎn)品為IBM公司的SIView，應(yīng)用材料的FAB30、WorkStream、PROMIS和FactoryWorks，兩家公司預(yù)估占有全球80%以上的市場份額。此外，全球12英寸晶圓廠的MES幾乎被這兩大巨頭壟斷。

　　所以我們可以看到，在半導(dǎo)體智能制造軟件方面，國內(nèi)晶圓廠也可能面臨著高端CIM/MES系統(tǒng)被卡的風(fēng)險(xiǎn)，國內(nèi)發(fā)展自主可控的CIM軟件迫在眉睫。數(shù)十年來，由于缺乏工業(yè)軟件的重視和政策的缺位，國內(nèi)CIM軟件企業(yè)缺錢又缺人，遲遲拿不出有競爭力的產(chǎn)品，再加上市場上大部分的代工廠比較信賴國際大廠的產(chǎn)品，所以國產(chǎn)工業(yè)軟件長期得不到測試、迭代、發(fā)展的機(jī)會(huì)。

　　不過在當(dāng)下國產(chǎn)替代、國內(nèi)Foundry+IDM的大舉建廠/擴(kuò)產(chǎn)的形勢之下，對國產(chǎn)CIM/MES軟件需求激增。2021年2月1日，十四五規(guī)劃也首次將工業(yè)軟件列為重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)，2021年底國家又發(fā)布了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，其中提出，到2025年智能制造裝備和工業(yè)軟件市場滿足率分別超過70%和50%。中國的工業(yè)軟件迎來了巨大的發(fā)展空間和投資機(jī)遇。

　　國內(nèi)玩家涌現(xiàn)

　　在這樣的大環(huán)境和背景下，越來越多的資本開始涌入這個(gè)行業(yè)，不僅給了老牌國產(chǎn)半導(dǎo)體CIM軟件充足的研發(fā)彈藥，敢于沖擊高端CIM/MES軟件。同時(shí)也催生了一批新的智能制造軟件公司進(jìn)入這個(gè)行業(yè)。

　　成立于2001年的上揚(yáng)軟件，去年就曾先后獲得了華為哈勃和大基金二期的青睞。據(jù)了解，上揚(yáng)軟件可以說是國內(nèi)成立時(shí)間最久的國產(chǎn)半導(dǎo)體CIM/MES廠商，為半導(dǎo)體制造企業(yè)提供CIM整體解決方案，即MES、SPC、EAP、RMS、APC、FDC、RCM和MDM等系統(tǒng)。其解決方案廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大4 /6 /8/12英寸晶圓制造廠，在落地項(xiàng)目數(shù)量和時(shí)間上相對占有一定的優(yōu)勢。去年12月，上揚(yáng)軟件的先進(jìn)過程控制(APC)軟件出口美國，為美國半導(dǎo)體企業(yè)AOS位于俄勒岡州的8寸量產(chǎn)晶圓廠定制開發(fā)APC。2019年，上揚(yáng)軟件又推出了新產(chǎn)品myCIM 4.0，填補(bǔ)了12寸半導(dǎo)體MES系統(tǒng)國產(chǎn)化的空白，并于2021年啟動(dòng)12寸量產(chǎn)線突破;同年，國內(nèi)首個(gè)使用國產(chǎn)MES(即上揚(yáng)軟件的myCIM)的8寸量產(chǎn)線中芯紹興驗(yàn)收成功，且月產(chǎn)能達(dá)到10萬片。

　　另一家半導(dǎo)體CIM軟件供應(yīng)商哥瑞利，成立于2007年，在2016年A輪融資完成之后，進(jìn)入半導(dǎo)體裝備軟件，2019年獲得近億元的B輪融資，2020年獲得B+輪融資，2021年獲得C輪融資。公司主要產(chǎn)品包括生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、工廠自動(dòng)化系統(tǒng)(EAP)、iDEP智能數(shù)據(jù)引擎平臺(tái)、生產(chǎn)計(jì)劃與排程(Advanced Planning And Scheduling)、質(zhì)量管控系統(tǒng)(Quality Management System)等。

　　成立于2018年7月的芯享科技，2022年3月，芯享科技獲數(shù)億元A+輪融資。芯享科技主要為晶圓廠和先進(jìn)封裝廠的生產(chǎn)提供CIM系統(tǒng)解決方案。芯享科技在EAP系統(tǒng)領(lǐng)域基本擺脫國際巨頭的部分技術(shù)封鎖限制，而且SPC、FDC等Data類產(chǎn)品的技術(shù)領(lǐng)先，RCM產(chǎn)品占據(jù)市場超過80%份額。在封測領(lǐng)域，芯享科技覆蓋了行業(yè)TOP10企業(yè)的三分之一。

　　2020年并購了具有多年半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累的“上海特勱絲”，“固耀SEMI Integration“和“深圳微迅”而成立的賽美特(SEMI-TECH)，在2021年5月和11月先后獲得了五千萬元A輪融資、數(shù)億元A+輪融資。據(jù)其官網(wǎng)信息顯示，賽美特自主研發(fā)的純國產(chǎn)智能制造解決方案，涵蓋1800多個(gè)滿足8"/12"晶圓制造廠所需的功能。

　　此外還有在封測領(lǐng)域軟件服務(wù)領(lǐng)域的泰治科技，核心技術(shù)是設(shè)備自動(dòng)化平臺(tái)EAP;以及成立于2019年8月的寧波齊芯半導(dǎo)體科技，創(chuàng)始人黃昭仁曾在臺(tái)積電、日月光等半導(dǎo)體企業(yè)工作，是國內(nèi)少數(shù)提供12寸FAB晶圓制造廠CIM系統(tǒng)與無塵室機(jī)電集成系統(tǒng)的“專精特新”企業(yè)。

　　在資本介入下，各大國內(nèi)CIM企業(yè)發(fā)展更快更強(qiáng)，但競爭也將更為激烈。當(dāng)下這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)下，首要任務(wù)是發(fā)展自身內(nèi)功，各企業(yè)應(yīng)該專注CIM的研發(fā)，建立自己的Know-how，提高產(chǎn)品實(shí)力。企業(yè)之間不要無底線地打價(jià)格戰(zhàn)，壓縮整個(gè)行業(yè)的利潤空間，影響企業(yè)的研發(fā)投入，要將眼光放長遠(yuǎn)，建立一個(gè)良性的競爭環(huán)境，眾志成城推動(dòng)國產(chǎn)12英寸晶圓廠CIM的國產(chǎn)替代，爭取與國際廠商早日看齊。

　　CIM沒有那么想象中的容易

　　EDA軟件的難度想必我們都有所了解，EDA涉及到計(jì)算機(jī)、物理、數(shù)學(xué)等多方面交叉知識(shí)，一個(gè)EDA人才需要十年才能培養(yǎng)成功，而且其基礎(chǔ)研究難度高、周期長，前期投入回報(bào)較小。再加上EDA細(xì)分領(lǐng)域繁多，也因此，國內(nèi)各種點(diǎn)工具多面開花。如同EDA軟件，CIM也具有資本密集型、技術(shù)密集型、知識(shí)密集型的行業(yè)特征，國內(nèi)部分企業(yè)也是通過其中幾個(gè)子系統(tǒng)開始突破，要想集齊數(shù)十個(gè)軟件系統(tǒng)，做出完整的CIM不是易事。沒有十年功，磨不出一款好的工業(yè)軟件產(chǎn)品。而一個(gè)完整配套的CIM系統(tǒng)則更需要時(shí)間和大量項(xiàng)目的磨礪。

　　CIM軟件是一個(gè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)結(jié)合的硬科技領(lǐng)域，不僅需要團(tuán)隊(duì)有扎實(shí)的長期技術(shù)積累和強(qiáng)大的研發(fā)能力，更需要具備豐富的行業(yè)知識(shí)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)(know-how)。軟件的成熟度往往與客戶案例的數(shù)量和質(zhì)量直接掛鉤，具體體現(xiàn)在這款軟件可用于多少條產(chǎn)線，能支撐多大量產(chǎn)能力，使用年限等。譬如，據(jù)我們了解，上揚(yáng)軟件開發(fā)的myCIM(MES)已經(jīng)能夠支撐8寸線8萬片/月的產(chǎn)能(可支持超過10萬片/月)、6寸線20余萬片/月的產(chǎn)能。

　　對于當(dāng)下規(guī)模龐大、工藝步驟繁多的晶圓廠，CIM/MES系統(tǒng)的穩(wěn)定性是最重要的;再就是用戶端的操作友好性及響應(yīng)速度，不至于在軟件操作上造成不必要的時(shí)間浪費(fèi);最后是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，盡量避免大量的定制化，將管理流程規(guī)劃化。

　　前文中我們提到，12英寸量產(chǎn)線的MES幾乎全被國外廠商壟斷，12英寸量產(chǎn)線是全自動(dòng)化的生產(chǎn)過程，臺(tái)積電是第一個(gè)把作業(yè)員從工廠撤出的晶圓廠，疫情后甚至連工程師都撤出工廠，遠(yuǎn)程參與工程調(diào)機(jī)。12英寸晶圓廠對CIM/MES的可靠性和穩(wěn)定性要求更高。一片12英寸的晶圓片需要在幾百臺(tái)設(shè)備間流轉(zhuǎn)，經(jīng)過1000多步工序，過程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。所以許多12英寸晶圓廠往往引入AI深度學(xué)習(xí)來對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

　　在12英寸量產(chǎn)線方面，上揚(yáng)軟件在2019年就發(fā)布了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的半導(dǎo)體全自動(dòng)CIM整體解決方案myCIM 4.0。如今從4寸到12寸的晶圓制造廠，都可以看到上揚(yáng)軟件的身影。經(jīng)過21年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)累積，上揚(yáng)軟件建立的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，憑借功能齊全的國產(chǎn)化半導(dǎo)體CIM解決方案，以靈活的微服務(wù)架構(gòu)產(chǎn)品支持高量產(chǎn)的FAB。

　　結(jié)語

　　在半導(dǎo)體晶圓廠中，CIM軟件是工廠運(yùn)行的大腦，而半導(dǎo)體設(shè)備是工廠運(yùn)轉(zhuǎn)的身體，兩者相互配合，最終生產(chǎn)出我們所需要的芯片。軟件管控越完善，人為因素對生產(chǎn)的影響越小，那產(chǎn)品良率越高，生產(chǎn)效率越高。

　　我們也希望看到國產(chǎn)CIM軟件廠商能夠崛起，打破IBM和應(yīng)用材料兩大巨頭的壟斷，為國產(chǎn)芯片智能制造保駕護(hù)航。