• 收藏

  • 点赞

  • 评论

  • 微信扫一扫分享

【芯视野】试错不易突破难 国产半导体CIM艰难生长

来源:爱集微

#芯享科技#

#埃克斯工业#

# CIM#

#工业软件#

#芯视野#

08-12 16:37

集微网报道(文/王丽英 李映 )近日,网传国内代工大厂暂停半导体CIM(计算机集成制造系统)国产化项目的消息引发业界广泛关注。

作为部署在半导体晶圆制造以及封测工厂内部的生命级软件系统,由多种工业软件组成的CIM门槛极高,在半导体行业中发挥着重要作用。尤其是其中最核心的MES(制造执行系统)软件,国内的最大挑战在于如何走出“死循环”,解决缺乏足够的试错与产品迭代问题。

行业人士指出,国内CIM的发展,仅靠第三方软件厂商独立完成任务远远不够,需要Fab厂有多元供应的“备胎”意识,配合大量磨合验证工作。而CIM作为一个庞大系统,国内厂商须发挥各自优势、携手努力,合力实现该领域的国产替代。

至关重要的软件“高地”

工业软件分为四大类别:研发设计类、生产制造类、经营管理类、运维服务类。其中,研发设计类软件开发技术门槛最高,例如EDA、CAD、CAM等软件;生产控制类软件,主要用于提高企业产品质量和生产制造的能力,例如MES、SCADA、DCS等软件;经营管理类软件,主要用于提升企业的管理水平和运营效率,例如ERP、CRM软件;运维服务类软件,包括数据采集监控类软件等。

半导体CIM系统包括多种工业软件,是半导体制造的生命级系统,例如,制造执行系统(MES)、设备控制平台(EAP)、配方管理系统(RMS)、良率管理系统(YMS)等数十种软件系统,拥有很高的准入门槛。

过去几十年来,在摩尔定律的指引下,芯片的集成度越来越高,半导体制造的复杂度也随之提升,晶圆尺寸从4英寸、6英寸、8英寸到12英寸,尺寸越来越大,工艺线程越来越小,‌晶圆厂的工序翻倍增长,多到上千道工序,生产制造从人工、半自动到全自动,智能化程度越来越高,这些都对半导体领域的工业软件提出了更高要求。

在芯享科技董事长沈聪聪看来,半导体CIM大规模应用正是因12英寸厂的兴起而带动的,相比8英寸厂,12英寸厂由于制程复杂性自动化程度高,对CIM的依赖也越来越大,目前国外成熟的代工厂大约99%以上的执行和决策都依赖于CIM系统。

“例如,海力士无锡工厂是其全球月产能最高的工厂,月产能为20万片,年产值接近300亿美元,却只有180个工人三班倒,这是CIM生态发挥巨大效用的标杆。”沈聪聪告诉集微网。

同时,由于涉及到众多环节,开发CIM需要非常深厚的积累和沉淀,既需要对半导体行业有深刻的认知,也需要具有工业软件领域的基础。

埃克斯工业CEO李杰认为,半导体是一个需要长期积累的产业,工业软件也是一个需要长期积累的行业,二者的结合——半导体CIM系统则更是难上加难,这一领域的软件开发已成为工业软件中极具挑战的“高地”。

SEMI数据显示,2022年有75个正在进行的晶圆厂建设项目,计划在2023年建设62个。2022年有28个新的量产晶圆厂开始建设,其中包括23个12英寸晶圆厂和5个8英寸及以下晶圆厂。在晶圆厂的总投资成本中,CIM系统大概占比5-8%,后续的服务和技术支持费用也不是小数。因此,这一轮代工扩建潮将进一步催生CIM系统的市场需求。

国产化亟待突破

在半导体领域的工业软件中,EDA无疑已得到业界共识,作为芯片之母,重要性不言而喻。相比EDA,12英寸晶圆厂CIM系统对于芯片制造的重要性同样不容产业忽视。

技术门槛高、市场试用难,整体来看这一领域基本由国外厂商垄断,他们也占据了国内绝大部分市场份额。

从CIM市场格局来看,主要有两大流派,一是以美系为起始点的,还包括日本、中国台湾、新加坡的衍生系,主导厂商以应用材料、IBM等为主,目前大陆很多代工厂采用了美系厂商产品。二是韩系体系,例如,三星、SK海力士所扶持的几家企业。

近几年来,随着国产替代呼声渐高,中国厂商逐渐走上这一舞台,例如上扬软件、芯享科技、埃克斯工业、泰治科技、赛美特、哥瑞利、铠铂科技等,分别推出了面向细分市场的产品。国内厂商的多点进击也受到了行业的高度关注,引发了资本纷纷进入国产CIM领域。

去年,上扬软件在获得哈勃投资后,又完成数亿元以大基金二期领投的C轮融资,最近铠铂科技和芯享科技先后宣布完成近亿元、数亿元的A轮融资,显示了这一领域火热的发展前景。

但像半导体领域的很多环节一样,CIM系统的国产化相对来说仍处于长征之中。创道投资咨询总经理步日欣指出,国内的CIM还处于草创阶段,特别在12英寸产线领域,基本还处于单点尝试性突破阶段,或者方案阶段,技术和方案成熟度还距离国际大厂很远。

随着国际环境日趋复杂,CIM面临潜在的制裁风险不得不警惕。

沈聪聪指出,CIM受制于人的风险在于,一方面是数据安全的问题,如果要打压,不排除被信息安全攻击的可能性,可能直接通过后门就能造成停工停厂的巨大损失。据悉台积电某年一座代工厂因黑客攻击停工一天的损失就高达3亿美元。另一方面,12英寸复杂工艺流程都是通过CIM来执行的,随着工艺的不断升级,如果国外直接禁止CIM的迭代,那意味着高端芯片将难以制造出来。

可以说,卡住CIM则相当于扼住了半导体制造的“咽喉”,国产化之路已然迫在眉睫。

MES成重中之重

对于代工厂来说,无疑CIM的实现难度与产线的工艺流程复杂度、产线控制精度、质量控制要求强相关。

李杰指出,从8英寸到12英寸,产线设备更多、工艺更复杂、生产决策时间更短,对CIM系统的底层架构以及系统自身功能性、稳定性、可靠性要求更高,因此12英寸CIM系统的开发难度和技术门槛也大幅提升。既要掌握前沿技术、具备极高的软件开发能力,还要具有极深的行业know how以实现系统和芯片产线需求匹配。制造执行系统(MES)的开发和各个系统整合最具挑战性。

沈聪聪也认为,CIM代表的是一个生态,有不同的软件体系,难度也不尽相同,但核心和底盘是MES,相当于中枢神经,MES的水准决定了整个代工厂的发展水平,成本约占CIM系统的15%,而且要不断的迭代升级。

“如果代工厂一台设备出问题了,不足以造成巨大的损失,但如果MES出问题了,千亿元级别的代工厂投资有可能就会打了水漂。”沈聪聪强调了其重要性。

石溪资本合伙人高峰向集微网坦言,MES难就难在应用场景太复杂,同时试错成本太高。

“一方面,要开发MES系统需要有实战经验的人做软件,纯软件人才还远远不够。作为晶圆厂的基础设施软件,一旦启用就不能更换,对稳定性要求甚高,一旦出问题后果将很严重,这让晶圆厂商在采购国内企业的产品时就更多了一层顾虑。另一方面,尽管MES售价不菲,但相比晶圆厂的巨额硬件投资,这些软件成本占比相对较小,所以晶圆厂宁愿多花点钱采购国外大厂的产品,没有足够的试错与产品迭代,是国内MES产品推进的最大挑战。因为怕国外对关键软件MES的使用限制,国产化势在必行。”高峰表示。

沈聪聪也表达了类似的看法,他认为国内发展MES最大的挑战就是如何走出一个死循环难点,一方面,代工厂需要成熟的MES,它的关键点在于有多年积累的know how,因为12英寸代工制造涉及上千道制程工艺,都需要MES管理和进行稳定的执行和控制,可谓牵一发而动全身。另一方面,MES系统要走通对于制程的理解、对工艺流程的把控,需要大量的实践经验和积累。

“但先进的12英寸代工厂不可能让国产MES去做小白鼠去磨经验,因这个代价太大了,但不经过磨炼,MES的能力就很难提升。”沈聪聪说。

面对这些挑战,沈聪聪认为,这显然需要较长的时间积累。从长期来看,一方面要着重信息安全,有意识地在信息安全方面逐渐加强。另一方面,如果将MES当成底盘,那么上层的很多功能应用其实是可以外挂的,甚至很多功能国外厂商也不擅长,这方面国内厂商就有更多机会。

国内厂商的持久战

尽管国内厂商这几年在产品推进上已取得了不错的进展,例如8英寸CIM软件,但在12英寸产线领域,技术和方案成熟度还距离国际大厂很远。

面对国外巨头在高端市场的压制,国内厂商如何实现突破?

沈聪聪表示,一是要与客户的需求与创新做好对接,不断适配和提升,为客户创造价值;二是学习国外厂商的长处,为我所用,再设法进一步从局部进行迭代和优化。

 “封装领域的CIM系统,国内厂商基本占据主流了,这也说明国外厂商CIM不是不可替代的,只是业界要有耐心。”沈聪聪对此乐观表示。

对于CIM的国产化之路,沈聪聪认为一定要坚持持久战,不同阶段采取不同策略。第一阶段是敌强我弱,因此应该尽量避免打正面战,建立根据地,形成反包围。第二阶段是共存的阶段,例如,国内厂商在某个方面比较突出,国外厂商在某个方面暂时难以撼动,形成“你中有我中有你”的相互共存模式。第三阶段,凭借后发优势,不断积聚自己的力量,实力提升到一定级别时,则可进入战略反攻阶段,但这需要更充分的耐心和信心,而且要保持开放合作的心态稳中求进,要以五年甚至十年为目标。

李杰则表示,半导体CIM是一个庞大的系统,要实现国产替代,国内厂商须发挥各自优势、携手共同努力,有的厂商主攻MES,有的厂商专注生产调度、良率提升等专业领域功能模块,像埃克斯工业就结合自身在工业系统建模、大数据技术、AI算法等方面的技术优势,专注MES以外的信息化和智能化系统。这有点像攀登喜马拉雅山,有人去攻克珠穆拉玛峰,有人则从小的山峰攀爬,而最终大家合力实现登顶,才能真正实现半导体CIM系统的国产替代。

“由于晶圆制造环节的专业性,要实现国产替代,仅靠第三方软件厂商独立完成任务还远远不够,需要Fab厂配合,大量磨合验证、并且不断迭代升级,才能保证产品的成熟度。这就要求整个产业链尤其是Fab厂要具有避免被‘卡脖子’的意识,要有‘备胎’意识,多元供应商意识,扶持本土的CIM厂商崛起,有关部门或许也要给与相应的政策指导。”步日欣对此强调说。

正所谓“产业链上下游通力合作”“集中优势力量办大事”,对于半导体CIM系统的国产化推进,这一点或许尤为重要。

(校对/张轶群)

责编: 张轶群

王丽英

作者

集微网记者,关注半导体设计制造、汽车电子、人工智能及AIoT产业链。微信:qingq-wly

读了这篇文章的人还读了...

关闭
加载

PDF 加载中...