現(xiàn)如今，芯片短缺的問(wèn)題逐漸加劇，手機(jī)芯片、車載芯片缺貨量直線上升，一度引起業(yè)界恐慌。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)、中芯國(guó)際董事長(zhǎng)周子學(xué)表示，目前半導(dǎo)體供應(yīng)的緊張程度是近 20 年之最。歷史上整機(jī)行業(yè)從未受到過(guò)如此嚴(yán)重的半導(dǎo)體供應(yīng)緊張影響。當(dāng)前全球半導(dǎo)體的供應(yīng)還是處于非常緊張的局面，尤其是汽車行業(yè)。
為緩解缺芯問(wèn)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(cè)，2019年至2024年純晶圓代工產(chǎn)值年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)9.8%，比2014年至2019年6.0%的年復(fù)合增長(zhǎng)率高出3.8個(gè)百分點(diǎn)，也將高于同期整個(gè)IC市場(chǎng)的7.3%的年復(fù)合增長(zhǎng)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(shí)際上還存在著另一種解法，那便是工廠“大腦”的升級(jí)換代。
另一個(gè)解
集成電路制造是十分精密復(fù)雜的工程，雖然國(guó)內(nèi)工廠與國(guó)外工廠相比在自動(dòng)化程度上還相對(duì)落后，但自動(dòng)化機(jī)臺(tái)、AMHS（全自動(dòng)天車）和AVG（自動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)，工廠的潛力將被盡可能的挖掘出來(lái)，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(jí)后的智慧化大腦，”IKAS（?？怂构I(yè)）CEO李杰近日在SEMICON China 2021的論壇上表示。
工廠“大腦”的第一次轉(zhuǎn)型，是完成工業(yè)化、信息化的升級(jí)，包括CIM計(jì)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(jí)，包括生產(chǎn)可視化、生產(chǎn)透明化，以及賦予工廠預(yù)測(cè)能力和自適應(yīng)能力。
關(guān)于工廠智能化升級(jí)所帶來(lái)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(guò)程中去，助力半導(dǎo)體全產(chǎn)品線的研發(fā)和量產(chǎn)。對(duì)于成熟工藝，AISMS能夠提高晶圓廠的產(chǎn)能、降低生產(chǎn)時(shí)間、提升良率和降低成本；而對(duì)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(jì)。
具體應(yīng)用方面，包括智能質(zhì)檢及量測(cè)，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(cè)性設(shè)備維護(hù)，以降低設(shè)備非計(jì)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(shí)現(xiàn)工廠的生產(chǎn)智能化，就需要對(duì)所獲得大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和模型訓(xùn)練，對(duì)AI算力提出了新的需求，也需要強(qiáng)大的AI計(jì)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?yàn)橹悄苤圃焯峁?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(duì)晶圓生產(chǎn)的智能質(zhì)檢監(jiān)測(cè)方案，能夠使得晶圓召回率高于95%，精確率超過(guò)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(jí)自然離不開(kāi)設(shè)備廠商的參與。應(yīng)用材料自動(dòng)化產(chǎn)品部工程主管邱曉偉指出，應(yīng)用材料的全面自動(dòng)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(guò)強(qiáng)大的過(guò)程控制能力來(lái)幫助客戶實(shí)現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)。
顯然，智能制造帶來(lái)的潛力挖掘?qū)Π雽?dǎo)體工廠具有巨大的吸引力。長(zhǎng)電科技項(xiàng)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(shí)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。”
挑戰(zhàn)中看未來(lái)
盡管產(chǎn)業(yè)對(duì)智能制造的呼聲越來(lái)越高，但對(duì)于本土半導(dǎo)體工廠而言，智能化升級(jí)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(guó)內(nèi)晶圓廠設(shè)備相對(duì)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(guò)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(jí)，達(dá)到智能生產(chǎn)的技術(shù)需求。”
關(guān)于安全性問(wèn)題，晶圓廠對(duì)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(duì)客戶市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重大影響的內(nèi)容。李杰表示， IKAS提供專職的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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(xiàng)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(guó)內(nèi)工業(yè)軟件廠商目前在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域仍與國(guó)外廠商存在差距。上揚(yáng)軟件董事長(zhǎng)呂凌志指出，目前在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，尤其是國(guó)內(nèi)的12英寸量產(chǎn)產(chǎn)線，仍然沒(méi)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(gè)系統(tǒng)工程，涉及自動(dòng)化和機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科，是工業(yè)系統(tǒng)建模、數(shù)學(xué)化設(shè)計(jì)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(jì)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(guó)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(huì)），旨在推動(dòng)國(guó)際和國(guó)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(guó)際合作和高水平學(xué)術(shù)交流。李杰強(qiáng)調(diào)，這個(gè)集成了全球智慧的平臺(tái)，將在很大程度上解決中國(guó)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(dòng)駕駛一樣被劃分成了五個(gè)等級(jí)，包括S1（設(shè)備自動(dòng)化）、S2（搬送自動(dòng)化）、S3（排產(chǎn)排程自動(dòng)化）、S4（工藝自調(diào)整）、S5（自愈可優(yōu)化）。
關(guān)于未來(lái)最理想的智能制造，李杰則認(rèn)為，最高級(jí)別的智能工廠應(yīng)該是預(yù)測(cè)能力和自愈可優(yōu)化能力相結(jié)合。
“當(dāng)工廠具備預(yù)測(cè)能力以后，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出事件的發(fā)生和對(duì)產(chǎn)線產(chǎn)生的影響，并提供相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，即實(shí)現(xiàn)自優(yōu)化”李杰表示，“舉例來(lái)說(shuō)，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。”
