最近幾年來受益于國產(chǎn)替代，半導體發(fā)展火熱，處于半導體領域的各個賽道都水漲船高。過去相對邊緣的半導體工業(yè)軟件開始走進大眾的視野。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體的重要性。EDA是設計端的核心軟件，而另外一大半導體工業(yè)軟件系統(tǒng)CIM，則是制造端的重要軟件，近來也成為業(yè)界關注的焦點，國內(nèi)陸續(xù)浮現(xiàn)出了不少新老玩家。

　　何為半導體CIM軟件?

　　CIM(Computer Integrated Manufacturing，計算機集成制造)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、管理與運行企業(yè)生產(chǎn)的工具。CIM通過創(chuàng)建自動化制造流程的能力，將人工參與度降低到最少，交由計算機來處理，加快制造速度，而且更不容易出錯，在半導體領域，CIM主要是部署在半導體晶圓制造以及先進封測工廠內(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、設備自動化EAP、先進制程控制APC、配方管理系統(tǒng)RMS、設備失效偵測與分類FDC、良率分析控制系統(tǒng)YMS、質(zhì)量管理系統(tǒng)QMS、設備保養(yǎng)系統(tǒng)PMS、工程運行控制系統(tǒng)FMC、遠程控制管理系統(tǒng)RCM、實時調(diào)度系統(tǒng)RTD、自動排產(chǎn)系統(tǒng)APS等。

　　在此前的文章《半導體設備行業(yè)不僅要硬，更需要“軟”》中，我們曾多次強調(diào)到，在整個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，被譽為“設備管理大師”的設備自動化EAP系統(tǒng)，也是晶圓廠中最關鍵的系統(tǒng)之一。EAP系統(tǒng)是MES與設備的橋梁，它對生產(chǎn)線的機臺進行實時監(jiān)控，所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和機臺營運狀態(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等服務器對應的數(shù)據(jù)庫，然后MES再對這些數(shù)據(jù)進行指揮控制。所以EAP也是工廠實現(xiàn)自動化必不可少的控制系統(tǒng)。

　　再就是，隨著晶圓日趨增大和關鍵尺寸的不斷縮小，晶圓來到12英寸，原來的統(tǒng)計制程控制(SPC)已經(jīng)不能適應12寸量產(chǎn)線的質(zhì)量控制要求，先進制程控制(APC)成為不可或缺的關鍵系統(tǒng)。APC主要負責采集包括產(chǎn)品、工藝、設備、技術平臺等相關的歷史數(shù)據(jù)，實時調(diào)整生產(chǎn)工藝配方的參數(shù)，以達到控制制程質(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?；仡櫚雽wMES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，應用材料的FAB30、WorkStream、PROMIS和FactoryWorks，兩家公司預估占有全球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)被卡的風險，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)展的機會。

　　不過在當下國產(chǎn)替代、國內(nèi)Foundry+IDM的大舉建廠/擴產(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)軟件列為重點研發(fā)計劃重點專項，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行業(yè)，不僅給了老牌國產(chǎn)半導體CIM軟件充足的研發(fā)彈藥，敢于沖擊高端CIM/MES軟件。同時也催生了一批新的智能制造軟件公司進入這個行業(yè)。

　　成立于2001年的上揚軟件，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，上揚軟件可以說是國內(nèi)成立時間最久的國產(chǎn)半導體CIM/MES廠商，為半導體制造企業(yè)提供CIM整體解決方案，即MES、SPC、EAP、RMS、APC、FDC、RCM和MDM等系統(tǒng)。其解決方案廣泛應用于國內(nèi)各大4 /6 /8/12英寸晶圓制造廠，在落地項目數(shù)量和時間上相對占有一定的優(yōu)勢。去年12月，上揚軟件的先進過程控制(APC)軟件出口美國，為美國半導體企業(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，上揚軟件又推出了新產(chǎn)品myCIM 4.0，填補了12寸半導體MES系統(tǒng)國產(chǎn)化的空白，并于2021年啟動12寸量產(chǎn)線突破;同年，國內(nèi)首個使用國產(chǎn)MES(即上揚軟件的myCIM)的8寸量產(chǎn)線中芯紹興驗收成功，且月產(chǎn)能達到10萬片。

　　另一家半導體CIM軟件供應商哥瑞利，成立于2007年，在2016年A輪融資完成之后，進入半導體裝備軟件，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)、工廠自動化系統(tǒng)(EAP)、iDEP智能數(shù)據(jù)引擎平臺、生產(chǎn)計劃與排程(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)領域基本擺脫國際巨頭的部分技術封鎖限制，而且SPC、FDC等Data類產(chǎn)品的技術領先，RCM產(chǎn)品占據(jù)市場超過80%份額。在封測領域，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體行業(yè)經(jīng)驗積累的“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多個滿足8"/12"晶圓制造廠所需的功能。

　　此外還有在封測領域軟件服務領域的泰治科技，核心技術是設備自動化平臺EAP;以及成立于2019年8月的寧波齊芯半導體科技，創(chuàng)始人黃昭仁曾在臺積電、日月光等半導體企業(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，但競爭也將更為激烈。當下這個時間節(jié)點下，首要任務是發(fā)展自身內(nèi)功，各企業(yè)應該專注CIM的研發(fā)，建立自己的Know-how，提高產(chǎn)品實力。企業(yè)之間不要無底線地打價格戰(zhàn)，壓縮整個行業(yè)的利潤空間，影響企業(yè)的研發(fā)投入，要將眼光放長遠，建立一個良性的競爭環(huán)境，眾志成城推動國產(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涉及到計算機、物理、數(shù)學等多方面交叉知識，一個EDA人才需要十年才能培養(yǎng)成功，而且其基礎研究難度高、周期長，前期投入回報較小。再加上EDA細分領域繁多，也因此，國內(nèi)各種點工具多面開花。如同EDA軟件，CIM也具有資本密集型、技術密集型、知識密集型的行業(yè)特征，國內(nèi)部分企業(yè)也是通過其中幾個子系統(tǒng)開始突破，要想集齊數(shù)十個軟件系統(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。而一個完整配套的CIM系統(tǒng)則更需要時間和大量項目的磨礪。

　　CIM軟件是一個技術和經(jīng)驗結(jié)合的硬科技領域，不僅需要團隊有扎實的長期技術積累和強大的研發(fā)能力，更需要具備豐富的行業(yè)知識和項目經(jīng)驗(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速度，不至于在軟件操作上造成不必要的時間浪費;最后是行業(yè)標準化，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)線是全自動化的生產(chǎn)過程，臺積電是第一個把作業(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，遠程參與工程調(diào)機。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設備間流轉(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深度學習來對這些數(shù)據(jù)進行實時分析。

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

　　結(jié)語

　　在半導體晶圓廠中，CIM軟件是工廠運行的大腦，而半導體設備是工廠運轉(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和應用材料兩大巨頭的壟斷，為國產(chǎn)芯片智能制造保駕護航。