劇情簡介
在芯片產業(yè)中，被國外斷的技術和品，不止光機，也不止 EDA。芯片制造過程中需的工業(yè)軟，也曾被國巨頭壟斷了近 40 年，它就是芯制造的大管：CIM（Computer Integrated Manufacturing，計算機集成制造）掌控晶圓生的大腦CIM 是掌控半導體制造的生級系統，被業(yè)稱為制造大腦，可以單地將它理為制造相關業(yè)軟件的集體。它覆蓋產品整個生周期 [1]，由 MES（生產執(zhí)行統）、EAP（裝備控制臺）、SPC（統計過程制）、YMS（良率分析制系統）、APC（先進過程控制）、PDC（故障偵測及分類）RTS（FAB 實時調度排產系統）數十種軟件統組成。[2]整個 CIM 系統中，MES 尤為重要，決定整個代工廠發(fā)展水平，本約占 CIM 系統的 15%，一旦該系統出現題，將會導上億元的損 [3]。MES 是指揮芯片制造的套智慧經營統，包含產流定義、設管理、材料動管理、制跟蹤與工藝據管理幾個分 [4]。由于 MES 核心地位，行業(yè)通常在及 CIM 時連帶 MES，即 CIM / MES。說了這么多，CIM 究竟是做什的？一是統管理制造生流程，提升產良率和效；二是實現動化的智能造，幫助制商快速部署統，增強在本、質量和產周期上的爭。[5]造芯，是資本游戲。一座圓廠拔地而，是數以百美元計的投，當晶圓廠入生產，就同每分每秒不停歇的印機，少運轉分就少賺幾錢。而一顆片要經歷將上千道制造序，任何環(huán)都容不得差。CIM 便是將這一切排妥當的管，服務著生良率和效率降低每顆芯的成本，從獲取更多利。[6]隨著半導體器件制造工藝復性不斷增加CIM 已成為半導體制不可或缺的部分。傳統案通常是孤或松散連接，并且難以展額外需求而 CIM 則能夠將這切集成起來 [7]。ITRS 2007 指出，半導體晶圓集分為晶圓廠營、生產設、材料處理晶圓廠信息控制系統及施五個部分CIM 驅動的晶圓廠運將會是其他分運作的推力。[8]1986 年東芝公司一項究結果表明使用 IC-CIM 技術生產 256kbyte DRAM 存儲器電路，夠改善四項產制造指標[9]1986 年東芝的研究結果 [9]另據一些公司統計， CIM 投入使用一年，設備停機間減少了 45%、設備設置時間縮短 38%、設備利用率提了 30%、周期時間縮了 23%、廢品減少了 22.5%、產品良率提了 15%、生產成本降了 34%、凈利潤增長 60%。[10]研究發(fā)現，CIM 越早投入使，效果越好晶圓廠生產個生命周期呈 S 曲線的，對于造超過 200 億美元的晶圓廠來說，未使用 CIM 系統情況下，始終會生產目標相數億美元甚數十億美元這意味著這分的資金回期會被延長而越早地使 CIM，這部分資金越能被回收。[11]“S 曲線”，展了生產目標綠線）與實生產情況（線），以及現產能和良目標面臨的種障礙（灰橢圓）[11]CIM 概念早在 1973 年便由美國約瑟夫哈靈頓（Joseph Harrington）在“Computer Integrated Manufacturing”一書中提出，不單只有半導行業(yè)需要 CIM，任何需要智能制造場景，都存它的身影，如制藥、食和飲料、醫(yī)設備、航空天、國防和物技術等，它也曾一度領半導體格生變。20 世紀 80 年代初，美經濟危機波全社會，電產品也不例。雖然美國導體在技術發(fā)領域依然勢，但自己品的占有率越來越低，尼與松下等本企業(yè)開始導存儲市場并將微處理作為下一發(fā)目標。時間到 90 年代中期，短十幾年，美又重新拿回去的市場。開政治和策因素，SEMATECH（半導體制造術聯合體）疑是引發(fā)嬗的關鍵點，于 1988 年正式開始運作，由聯政府和 14 家大型半導體公司組成包括 IBM、英特爾、托羅拉、德儀器等行業(yè)頭 [12]。在每年 2 億美元加持下 [13]，美國的制科學和半導工藝技術開融合，CIM 是當時發(fā)展中最關鍵的分之一。要道，在當時典型可大批生產的先進造設施總成超過 100 萬美元（相當于現在的十甚至上百美元），更困難的是，續(xù)數百個工中每一步都損失良率的險，當時的成電路制造藝良率可低 20%~80%。[9]1991 年，SEMATECH 啟動了 CIM 框架項目，那時起，美半導體制造迎來變革， CIM 加持下，芯片品率獲得有提升，產品產周期也得縮短，保證產品質量與能 [14]。1998 年，SEMATECH 又開發(fā)了 CIM 框架規(guī)范，從而在半體行業(yè)實現開放多供應 CIM 系統環(huán)境。[15]回望歷史，短短十幾前，晶圓廠營還要依靠人推著小車親自按下啟按鈕，通過子表格追蹤品，而現在圓生產擁有從設備整合據的能力，動化地實現料搬送 [16]，CIM 無疑是讓智能制造邁向臺階的關鍵當芯片制造漸被國內重和大力發(fā)展CIM 的國產替代便顯格外重要，想做好 CIM 并沒有想象中簡單。兩家巨頭壟近 40 年CIM 準入門檻很高，行業(yè)稱為工軟件中的高。CIM 作為涵蓋晶圓產所有環(huán)節(jié)工業(yè)軟件，僅需要開發(fā)擁有過硬的件實力，還對每個生產節(jié)了如指掌并將二者無銜接在一起更困難的是半導體制造域還存在諸技術秘密（Know-how），若非資深行業(yè)人士很難踏入該域。此外，CIM 并非簡單地將軟件加在一起，是有機組合通過與不同商、不同晶廠高度定制將原本獨立行的多個單系統組成一協同工作的功能更強的系統 [17][18]。與此同時，戶可接受容率也很低，件穩(wěn)定性需到 99.9999%。[19]即便是能做出 CIM 系統，替換掉舊系統并非易事。個比方來說如果將晝夜休的半導體造工廠看作速行駛的飛，CIM 便是驅動飛機續(xù)飛行的核引擎，要替全新 CIM 系統，好比開著飛機換擎?？梢?CIM 領域難度之大。[20]近年來，12 英寸晶圓廠興起，動了 CIM 大規(guī)模應用。隨著晶圓寸從 4 英寸變?yōu)?6 英寸、8 英寸、12 英寸，不僅投數額暴增，造設備、流、工藝也都得更為復雜假若這種情下 CIM 發(fā)生故障，會是一筆不的損失，因，市場開始 CIM 提出了更高的求。[21]但就是這樣做的行業(yè)，球市場卻說上非常大。 Technavio 數據顯示，2021 年~2026 年整個 CIM 市場（包含伏制造、制、半導體制等）潛在市增長份額為 87.2 億美元 [22]；另據 IDC 報告顯示，2021 年中國 MES 總體市場份額約為 38.1 億元人民幣 [23]，這種情況下，細到半導體的場份額可能更少。更尷的是，CIM 中核心的 MES 系統只占晶圓廠投資的 1%，相比動輒百億的晶圓，很難引發(fā)行業(yè)重視，游廠商更偏于使用成熟案以應對生中各種問題[24]所幸的是，全球建晶圓產能在逐步增加特定客戶對 CIM 需求量增大。據 SEMI《世界晶圓廠預報告》顯示預計全球半體行業(yè)將在 2021 年~2023 年間開始建的 84 座大規(guī)模芯片造工廠中投 5000 多億美元。[25]目前半導體 CIM 格局集中度較高，應用料（Applied Materials）、IBM 并稱為半導體 CIM 雙雄，兩家司壟斷市場近 40 年之久。從發(fā)歷史來看，家公司的技時間跨度也長。CIM 發(fā)展簡要歷，制表丨果硬科技參考料丨芯東西 [26]、EEtimes[27]、《華爾街日報[28]應用材料與 IBM 兩家公司面對的客戶為全球最先的晶圓廠或 IDM 廠商，而二者發(fā)側重點并不同。應用材不僅是 CIM 的絕對領導者，也是家半導體設龍頭企業(yè)，過大量收購 CIM 先進企業(yè)后，該司采取“軟 + 硬件”捆綁銷售形，占據一方場。IBM 則更偏向 AI 云網結合，通過不斷購相關公司充技術能力同時 IBM 還設有自家晶圓廠，可自家晶圓廠錯積攢經驗[29]應用材料與 IBM 的 CIM 方案對比，制表丨果硬科技國產實現初步替前兩年，CIM 還是一個小眾賽道，擁有少數幾國產玩家，少被資本所睞。自國產代呼聲響起加之 EDA、光刻機等型卡脖子領關注度提升帶動資本對 CIM 關注度。2022 年下半年，投融資市場始活躍，其不乏紅杉資、高瓴資本華登國際、汽集團及旗恒旭資本、亞迪股份、豪創(chuàng)芯等明投資機構。產 CIM 標志性融資件不完全統，制表丨果硬科技縱覽內整體行業(yè)均是以 MES 為核心的 CIM 方案，覆蓋制各個環(huán)節(jié)。外，大多數產廠商選擇局以光伏、LED、平板顯示和半導體核心的泛半體行業(yè)，并鋰電、新能等更多行業(yè)發(fā)，以期更市場。據集網文章顯示目前，封裝域的 CIM 系統基本已被國產廠商攬，而這充說明國外的品并非不可代，只是要耐心。而在統卡脖子的 12 英寸 MES 方面，近兩年國也已實現初突破。[24]國產主要 CIM 廠商情況，制表果殼硬科技考資料丨公官網、芯智 [30]、36 氪 [19][31]、集微網 [32]、投資界 [33][34]基于國產現狀果殼硬科技隊認為：雖 CIM 市場規(guī)模不及體芯片產業(yè)但在特定客需求和晶圓能持續(xù)擴張提下，也擁為廣闊的利空間，集微詢信息顯示國內在建大片廠 12 英寸硅片產超 6000 萬片 / 年 [35]，對國產 CIM 來說，與上游晶圓聯合意義重，此外，泛導體不同子業(yè)間具有一相通性，國廠商應抓住樣的機遇；緣因素影響，CIM 補足自主產業(yè)意義重大，以把它理解光刻機與光膠的關系，便研發(fā)難度且投入回收長，也要擁國產自主可產品，更何 CIM 還處在工業(yè)軟領域，可能會牽扯到信安全方面問；迄今為止國內已不缺半導體 CIM 廠商，但對于投資巨的晶圓廠來，嘗試使用產品，無疑一次試錯冒 [29]，這也是為何用材料公司 IBM 能穩(wěn)坐龍頭之，鑒于以往國產上游廠需警惕 CIM 供應商過于單一的情，可嘗試采國內外雙線略，甚至可試多元供應的策略；雖國內已初步現國產替代但相比國外頭技術依然在差距，為寬國產 CIM 技術邊界，可借鑒應材料公司和 IBM 發(fā)展歷程，不斷合并購，增技術集中度另外國產晶廠或 IDM 廠商也可并購相關技術建立純自主線；應用材公司認為，晶圓廠許多域是部署中耗時的因素一，由于每晶圓廠情況同，從一個廠到另一個廠需要大量制，需要 6~12 個月的時間，同半導體自動系統數據時會駐留在具各自集成方的不同 CIM 的應用程序中，其 SmartFactory CIM 方案就是解決了些問題，值國內借鑒；[36]融資潮過后，國內現大量 CIM 企業(yè)，但切忌浮躁，導體領域投邏輯與傳統多行業(yè)不同整體回收期長，且 CIM 領域更為看重經驗積，此前部分產廠商曾坦，前期 2~3 年產品銷售困難，不一旦撐過這時期，腳踏地地迭代產和積累口碑客戶信任度會迎來明顯升，是值得局的長線生。雖然國產 CIM 格局已初步形成但不得不承現在國產與外仍有差距目前，中國業(yè)軟件發(fā)展迎來政策窗期 [37]，展望未來 5~10 年，半導體 CIM 或迎來發(fā)展熱潮。References：[1] 李龍梅，張暴暴，馮安，等. 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