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一條關注度大增的半導體賽道

2022-04-25 行業研究互聯網思維市場營銷

展示量: 3254
 
EDA是設計端的核心軟件,而另外一大半導體工業軟件系統CIM,則是制造端的重要軟件,近來也成為業界關注的焦點,國內陸續浮現出了不少新老玩家。

 

  最近幾年來受益于國產替代,半導體發展火熱,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軟件系統CIM,則是制造端的重要軟件,近來也成為業界關注的焦點,國內陸續浮現出了不少新老玩家。

 

01
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年發表的書中提出的,CIM是一種組織、管理與運行企業生產的工具。CIM通過創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部的生命級軟件系統,從信息的收集、分析、決策,到包括二次分析、大數據model的預測性分析、給出決策意見,都可由CIM系統完成。

 

  而CIM系統又由數十種軟件系統組成,如制造執行系統MES、設備自動化EAP、先進制程控制APC、配方管理系統RMS、設備失效偵測與分類FDC、良率分析控制系統YMS、質量管理系統QMS、設備保養系統PMS、工程運行控制系統FMC、遠程控制管理系統RCM、實時調度系統RTD、自動排產系統APS等。

 

  在整個CIM系統中,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系統主要功能就是解決“如何生產”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,也是晶圓廠中最關鍵的系統之一。EAP系統是MES與設備的橋梁,它對生產線的機臺進行實時監控,所有的生產數據和機臺營運狀態等都是通過EAP系統來收集,EAP將這些數據傳送給MES、AS等服務器對應的數據庫,然后MES再對這些數據進行指揮控制。所以EAP也是工廠實現自動化必不可少的控制系統。

 

  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,原來的統計制程控制(SPC)已經不能適應12寸量產線的質量控制要求,先進制程控制(APC)成為不可或缺的關鍵系統。APC主要負責采集包括產品、工藝、設備、技術平臺等相關的歷史數據,實時調整生產工藝配方的參數,以達到控制制程質量、提高產品良率的目的。

 

  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上的不斷積累打磨,推出了SiView系統。目前市場上MES系統主要產品為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,國內晶圓廠也可能面臨著高端CIM/MES系統被卡的風險,國內發展自主可控的CIM軟件迫在眉睫。數十年來,由于缺乏工業軟件的重視和政策的缺位,國內CIM軟件企業缺錢又缺人,遲遲拿不出有競爭力的產品,再加上市場上大部分的代工廠比較信賴國際大廠的產品,所以國產工業軟件長期得不到測試、迭代、發展的機會。

 

  不過在當下國產替代、國內Foundry+IDM的大舉建廠/擴產的形勢之下,對國產CIM/MES軟件需求激增。2021年2月1日,十四五規劃也首次將工業軟件列為重點研發計劃重點專項,2021年底國家又發布了《“十四五”智能制造發展規劃》,其中提出,到2025年智能制造裝備和工業軟件市場滿足率分別超過70%和50%。中國的工業軟件迎來了巨大的發展空間和投資機遇。

 

02
國內玩家涌現

 

  在這樣的大環境和背景下,越來越多的資本開始涌入這個行業,不僅給了老牌國產半導體CIM軟件充足的研發彈藥,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。

 

  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。據了解,上揚軟件可以說是國內成立時間最久的國產半導體CIM/MES廠商,為半導體制造企業提供CIM整體解決方案,即MES、SPC、EAP、RMS、APC、FDC、RCM和MDM等系統。其解決方案廣泛應用于國內各大4 /6 /8/12英寸晶圓制造廠,在落地項目數量和時間上相對占有一定的優勢。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AOS位于俄勒岡州的8寸量產晶圓廠定制開發APC。2019年,上揚軟件又推出了新產品myCIM 4.0,填補了12寸半導體MES系統國產化的空白,并于2021年啟動12寸量產線突破;同年,國內首個使用國產MES(即上揚軟件的myCIM)的8寸量產線中芯紹興驗收成功,且月產能達到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。公司主要產品包括生產制造執行系統(MES)、工廠自動化系統(EAP)、iDEP智能數據引擎平臺、生產計劃與排程(Advanced Planning And Scheduling)、質量管控系統(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提供CIM系統解決方案。芯享科技在EAP系統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類產品的技術領先,RCM產品占據市場超過80%份額。在封測領域,芯享科技覆蓋了行業TOP10企業的三分之一。

 

  2020年并購了具有多年半導體行業經驗積累的“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、數億元A+輪融資。據其官網信息顯示,賽美特自主研發的純國產智能制造解決方案,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,創始人黃昭仁曾在臺積電、日月光等半導體企業工作,是國內少數提供12寸FAB晶圓制造廠CIM系統與無塵室機電集成系統的“專精特新”企業。

 

  在資本介入下,各大國內CIM企業發展更快更強,但競爭也將更為激烈。當下這個時間節點下,首要任務是發展自身內功,各企業應該專注CIM的研發,建立自己的Know-how,提高產品實力。企業之間不要無底線地打價格戰,壓縮整個行業的利潤空間,影響企業的研發投入,要將眼光放長遠,建立一個良性的競爭環境,眾志成城推動國產12英寸晶圓廠CIM的國產替代,爭取與國際廠商早日看齊。

 

03
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、數學等多方面交叉知識,一個EDA人才需要十年才能培養成功,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、知識密集型的行業特征,國內部分企業也是通過其中幾個子系統開始突破,要想集齊數十個軟件系統,做出完整的CIM不是易事。沒有十年功,磨不出一款好的工業軟件產品。而一個完整配套的CIM系統則更需要時間和大量項目的磨礪。

 

  CIM軟件是一個技術和經驗結合的硬科技領域,不僅需要團隊有扎實的長期技術積累和強大的研發能力,更需要具備豐富的行業知識和項目經驗(know-how)。軟件的成熟度往往與客戶案例的數量和質量直接掛鉤,具體體現在這款軟件可用于多少條產線,能支撐多大量產能力,使用年限等。譬如,據我們了解,上揚軟件開發的myCIM(MES)已經能夠支撐8寸線8萬片/月的產能(可支持超過10萬片/月)、6寸線20余萬片/月的產能。

 

  對于當下規模龐大、工藝步驟繁多的晶圓廠,CIM/MES系統的穩定性是最重要的;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;最后是行業標準化,盡量避免大量的定制化,將管理流程規劃化。

 

  12英寸量產線的MES幾乎全被國外廠商壟斷,12英寸量產線是全自動化的生產過程,臺積電是第一個把作業員從工廠撤出的晶圓廠,疫情后甚至連工程師都撤出工廠,遠程參與工程調機。12英寸晶圓廠對CIM/MES的可靠性和穩定性要求更高。一片12英寸的晶圓片需要在幾百臺設備間流轉,經過1000多步工序,過程中產生大量的數據。所以許多12英寸晶圓廠往往引入AI深度學習來對這些數據進行實時分析。

 

  在12英寸量產線方面,上揚軟件在2019年就發布了擁有自主知識產權的半導體全自動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。經過21年的行業經驗累積,上揚軟件建立的專業技術團隊,憑借功能齊全的國產化半導體CIM解決方案,以靈活的微服務架構產品支持高量產的FAB。

 

04
結語

 

  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的身體,兩者相互配合,最終生產出我們所需要的芯片。軟件管控越完善,人為因素對生產的影響越小,那產品良率越高,生產效率越高。

 

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

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