為緩解缺芯問題，全球晶圓代工廠及IDM廠紛紛提速建廠和擴(kuò)產(chǎn)。IC Insights預(yù)測，2019年至2024年純晶圓代工產(chǎn)值年復(fù)合增長率將達(dá)9.8%，比2014年至2019年6.0%的年復(fù)合增長率高出3.8個百分點，也將高于同期整個IC市場的7.3%的年復(fù)合增長率。

　　建廠擴(kuò)產(chǎn)線就像是讓半導(dǎo)體工廠的四肢更加發(fā)達(dá)，提升產(chǎn)能實際上還存在著另一種解法，那便是工廠“大腦”的升級換代。

　　另一個解

　　集成電路制造是十分精密復(fù)雜的工程，雖然國內(nèi)工廠與國外工廠相比在自動化程度上還相對落后，但自動化機(jī)臺、AMHS(全自動天車)和AVG(自動導(dǎo)引車)等基礎(chǔ)系統(tǒng)和架構(gòu)已經(jīng)初步形成。機(jī)器代替人工可以節(jié)省人力成本、降低人為誤操作引起的生產(chǎn)事故、提高生產(chǎn)效率。

　　然而，自動化未能完全激發(fā)半導(dǎo)體工廠的潛力，在近幾年工業(yè)4.0的浪潮下，隨著“智能制造”的概念不斷在工廠落地和實現(xiàn)，工廠的潛力將被盡可能的挖掘出來，而發(fā)揮著主要作用的正是前文所提到的工廠“大腦”。 “

　　生產(chǎn)軟件是半導(dǎo)體工廠的大腦，而智能制造軟件就是工廠升級后的智慧化大腦，”IKAS(?？怂构I(yè))CEO李杰近日在SEMICON China 2021的論壇上如是說。

　　工廠“大腦”的第一次轉(zhuǎn)型，是完成工業(yè)化、信息化的升級，包括CIM計算機(jī)集成制造和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的連通。李杰進(jìn)一步指出，工廠“大腦”的新一輪轉(zhuǎn)型需要全面貫徹智能化升級，包括生產(chǎn)可視化、生產(chǎn)透明化，以及賦予工廠預(yù)測能力和自適應(yīng)能力。

　　關(guān)于工廠智能化升級所帶來的收益，李杰表示，半導(dǎo)體智能制造系統(tǒng)(AISMS)能夠滲透到半導(dǎo)體生產(chǎn)體系的全過程中去，助力半導(dǎo)體全產(chǎn)品線的研發(fā)和量產(chǎn)。對于成熟工藝，AISMS能夠提高晶圓廠的產(chǎn)能、降低生產(chǎn)時間、提升良率和降低成本;而對于先進(jìn)工藝，AISMS則能夠提高研發(fā)效率、提升產(chǎn)品性能、優(yōu)化生產(chǎn)和產(chǎn)品設(shè)計。

　　具體應(yīng)用方面，包括智能質(zhì)檢及量測，以提升效率和精準(zhǔn)率;智能批次控制，以提高R2R響應(yīng)速度和精度;預(yù)測性設(shè)備維護(hù)，以降低設(shè)備非計劃Down機(jī);AI視頻分析，以提高生產(chǎn)效率和安全性;智能生產(chǎn)調(diào)度，以縮減生產(chǎn)周期并提升產(chǎn)能等。

　　為了實現(xiàn)工廠的生產(chǎn)智能化，就需要對所獲得大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和模型訓(xùn)練，對AI算力提出了新的需求，也需要強(qiáng)大的AI計算芯片發(fā)揮作用。華為半導(dǎo)體電子行業(yè)解決方案總監(jiān)艾小平介紹稱，升騰AI處理器首創(chuàng)的3D cube達(dá)芬奇架構(gòu)，能夠為智能制造提供強(qiáng)大的AI算力底座。據(jù)艾小平透露，華為與IKAS合作打造了針對晶圓生產(chǎn)的智能質(zhì)檢監(jiān)測方案，能夠使得晶圓召回率高于95%，精確率超過99%，人工成本也降低了40%。

　　除了生產(chǎn)軟件和高算力處理器，工廠的智能化升級自然離不開設(shè)備廠商的參與。應(yīng)用材料自動化產(chǎn)品部工程主管邱曉偉指出，應(yīng)用材料的全面自動化生產(chǎn)解決方案致力于提高工廠生產(chǎn)力和工藝質(zhì)量，并通過強(qiáng)大的過程控制能力來幫助客戶實現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)。

　　顯然，智能制造帶來的潛力挖掘?qū)Π雽?dǎo)體工廠具有巨大的吸引力。長電科技項目規(guī)劃副總裁王慧卉就強(qiáng)調(diào)：“供需兩端嚴(yán)重的不平衡是當(dāng)下芯片制造行業(yè)最大的困境，我們迫切的希望智能制造能夠助力芯片制造企業(yè)快速地實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，化挑戰(zhàn)為機(jī)遇，真正的提升企業(yè)的生產(chǎn)效率?！?/p>

　　挑戰(zhàn)中看未來

　　盡管產(chǎn)業(yè)對智能制造的呼聲越來越高，但對于本土半導(dǎo)體工廠而言，智能化升級還面臨著諸多挑戰(zhàn)。IKAS CEO李杰表示，這些挑戰(zhàn)主要包括設(shè)備落后、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全性、以及缺乏技術(shù)和人才三大挑戰(zhàn)。

　　“國內(nèi)晶圓廠設(shè)備相對落后，自帶軟硬件往往不足以支撐智能化應(yīng)用，”李杰指出，“通過設(shè)備智能化改造，可以幫助老舊設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化的軟件和硬件升級，達(dá)到智能生產(chǎn)的技術(shù)需求?！?/p>

　　關(guān)于安全性問題，晶圓廠對于技術(shù)和數(shù)據(jù)保密性和安全性要求極高，特別是智能化相關(guān)的(如大數(shù)據(jù)分析結(jié)果和智能化改造策略等)、對客戶市場競爭力有重大影響的內(nèi)容。李杰表示， IKAS提供專職的團(tuán)隊長期服務(wù)于特定的單一客戶，業(yè)務(wù)有交叉的客戶由不同項目組提供技術(shù)支持和服務(wù)，并保證數(shù)據(jù)不出廠，確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全性。

　　最后也是影響最大的挑戰(zhàn)就是技術(shù)和人才的匱乏。技術(shù)方面，國內(nèi)工業(yè)軟件廠商目前在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域仍與國外廠商存在差距。上揚(yáng)軟件董事長呂凌志指出，目前在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，尤其是國內(nèi)的12英寸量產(chǎn)產(chǎn)線，仍然沒有本土廠商的MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))管理軟件。

　　如李杰所言，智能制造是一個系統(tǒng)工程，涉及自動化和機(jī)械工程、計算機(jī)科學(xué)等多個學(xué)科，是工業(yè)系統(tǒng)建模、數(shù)學(xué)化設(shè)計與制造、智能裝備智能機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等許多關(guān)鍵技術(shù)的集成，融合了相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展技術(shù)。因此，智能制造技術(shù)的發(fā)展和落地需要大量的人才。

　　為了聚合和充分利用各方資源促進(jìn)中國智能制造技術(shù)的發(fā)展，IKAS去年與IEEE共同成立了IEEE AISMS TC(IEEE智能制造技術(shù)委員會)，旨在推動國際和國內(nèi)人工智能、智能制造和數(shù)字制造領(lǐng)域的跨學(xué)科研究、教育、國際合作和高水平學(xué)術(shù)交流。李杰強(qiáng)調(diào)，這個集成了全球智慧的平臺，將在很大程度上解決中國半導(dǎo)體智能制造人才短缺的困境和行業(yè)資源分散的現(xiàn)狀。

　　在SEMI智能制造標(biāo)準(zhǔn)中，工廠的智能化水平也如同汽車的自動駕駛一樣被劃分成了五個等級，包括S1(設(shè)備自動化)、S2(搬送自動化)、S3(排產(chǎn)排程自動化)、S4(工藝自調(diào)整)、S5(自愈可優(yōu)化)。

　　關(guān)于未來最理想的智能制造，李杰則認(rèn)為，最高級別的智能工廠應(yīng)該是預(yù)測能力和自愈可優(yōu)化能力相結(jié)合。

　　“當(dāng)工廠具備預(yù)測能力以后，系統(tǒng)會計算出事件的發(fā)生和對產(chǎn)線產(chǎn)生的影響，并提供相應(yīng)的應(yīng)對策略，即實現(xiàn)自優(yōu)化”李杰表示，“舉例來說，在設(shè)備意外Down機(jī)等意外事件發(fā)生之前，工廠就能夠提前調(diào)整生產(chǎn)策略，進(jìn)而避免負(fù)面事件的發(fā)生并減少成本損耗，整體提高生產(chǎn)效率?！?/p>

　　最后，在提到半導(dǎo)體領(lǐng)域本土生產(chǎn)軟件的成長之路時，李杰強(qiáng)調(diào)，由于復(fù)雜的國際形勢，相信未來會出現(xiàn)兩個分別由美國和中國主導(dǎo)的供應(yīng)鏈體系，在中國供應(yīng)鏈體系中，如何發(fā)展壯大并順利突圍仍然將取決于企業(yè)的技術(shù)實力。半導(dǎo)體市場競爭的國際化，要求我們在每一個細(xì)分領(lǐng)域里的每項技術(shù)都必須趕超國際前沿水平，從而取得競爭優(yōu)勢。