中芯国际项目被曝停摆?真真假假背后的软件才更值得关注
作者 | 物联网智库2022-08-09

随着自动驾驶、人工智能等产业对芯片的需求不断增加,整个半导体行业正迎来“黄金十年”,半导体生产制造所需的软件系统也变得愈发重要。

今天上午,根据来自新浪科技的独家消息,中芯国际在北京新建的12英寸晶圆厂CIM国产化项目于近期被迫暂停,原因是该项目技术承包方上扬软件无法完成中芯国际的半导体CIM软件国产化需求,最终导致项目暂停。

该爆料显示,上扬软件负责该项目实施的上百人团队已经全部撤离中芯国际北京办公地,回到原来的工作地点,且多位负责该项目研发的高级别技术人员已经离职。截至目前,中芯国际方面尚未对相关事宜进行公示或回应。

但在今天下午,上扬软件的相关负责人则首先出面澄清:“首先,中芯国际北京项目并未暂停,上扬团队仍然在为其进行软件开发,由于疫情反复,项目由集中开发改为远程开发,这样的方式既能解决疫情对晶圆厂的影响,也能提高效率完成客户的开发需求。此外,目前项目负责人及团队稳定,相关项目人员并未出现离职现象,且仍坚守岗位,为该项目尽心尽责。”

据了解,在去年2月时,中芯国际与国家大基金在北京联合投资建设了中芯京城12英寸项目,总投资约为497亿元,共分两期建设,一期项目计划于2024年完工,建设规模约为24万平方米,包含FAB3P1生产厂房及配套建筑、构筑物等,建成后将达成每月约10万片12英寸晶圆产能。

在12英寸项目之前,上扬软件与中芯国际已经有过接触,双方曾在8寸芯片产线CIM系统的开发和建设项目上进行过合作。合作期间,上扬软件甚至为中芯国际在北京建立了一个研发中心,在人力方面,上扬先后投资了100余人。

自1999年成立以来,总部位于上海的上扬软件一直在半导体、光伏和LED等行业深耕,目前已在国内外多地建立起分支结构,员工人数近300人,技术人员占比高达90%。

在2021年期间,上扬软件先后完成了数亿元的C1、C2轮融资,其中就包括国家集成电路产业投资基金、哈勃资本(华为)、中芯聚源等半导体企业,融资主要用于产品的研发,即12寸半导体量产线的CIM系统myCIM 4.0。

晶圆生产制造的“中枢大脑”

在过去的十几年中,我国的芯片产业持续高速成长,产值年均复合增长率达19.2%,远高于全球4.5%的增长率,取得的一系列成就更是有目共睹,但在高增长之外,我国芯片的进口比例特别是高端芯片对外依赖程度依旧处在较高水平。

若想在未来突破这种局面,我国不仅要在芯片设计、半导体材料、生产工艺等方面持续突破,更要在晶圆厂的生产制造系统方面进行迭代升级。随着国内晶圆厂的持续扩张建厂,支撑其生产制造全流程的“生命级软件”——CIM系统,已成为晶圆厂乃至整个产业链竞争优势的关键。

作为晶圆厂生产制造的“中枢大脑”,CIM系统(Computer Integrated Manu-facturing,计算机集成制造)是部署在半导体晶圆制造及先进封测工厂内部的生命级软件系统,其作用是用计算机软件把整个制造过程集成在一起。通常来说,CIM系统集成了制造执行系统MES、设备管理系统EAP、统计过程控制SPC、配方管理系统RMS、先进过程控制APC、实时调度排产系统APS、故障侦测及分类FDC、良率管理系统YMS系统等一系列关键系统,贯穿芯片生产的生产执行、生产运营和生产控制等关键环节,并对设备和工厂人员进行管控。如果没有CIM系统,则无法有效组织大规模的生产活动,CIM系统的先进程度也将直接影响生产效率、良率控制、半导体企业的订单能力和议价能力,进而影响半导体企业的市场竞争力。

对于晶圆和封测厂商来说,最关注的核心指标莫过于产能和良率,这与企业的营收利润息息相关。但随着工艺升级和产能加大,影响核心指标的环节和因素越来越多,各环节之间的关联性、复杂性也在不断提升,厂商多年积累的经验面临着低效和失效的风险。

以芯片产线为例,其生产制造的复杂程度几乎呈现出几何级的增长,流程也在不断延长。当晶圆从8英寸升级至12英寸,背后的技术难度则大幅提升,在12英寸晶圆制造的过程中,每一片晶圆都需要在成百上千台机器设备之间进行流转,前前后后加起来可多达1000余道工艺。而面对如此复杂的流程,在每个关键环节都需要进行严格把控,任何环节出现问题都会影响最终的良率和芯片,也正是因为这个原因,使得CIM系统必须持续升级迭代,才能满足和支撑行业的快速成长。

国产替代不能重“硬”轻“软”

软件是智能的载体,工业软件更是智能制造的关键一环,在高端制造领域是不可或缺的基础性工具,但在半导体产业发展的数十年里,却一直存在着“重硬轻软”的现象,这也是制约我国晶圆厂抢占中高端市场的重要因素之一。

与芯片一样,在类似半导体生产管理的软件领域,也基本上被外国企业所垄断,国外企业开发的软件也更加成熟。上扬软件公司董事长兼CEO 吕凌志博士曾经在接受采访时说过,人们都说光刻机很重要,但是它如果停机,只影响某一道工艺的生产,可如果CIM系统停线宕机,将影响整个生产线的运营,因此一定要把软件做得非常可靠。但在中国的12吋生产线上,目前使用的还多是国外的软件,作为国内厂商我们自身必须实现突破。

2019年时,上扬软件就成功推出myCIM 4.0系统,填补了12寸半导体产线CIM系统国产化的空白,上扬软件也因此成为国内率先拥有自主知识产权的半导体全自动CIM软件的公司。

不过,从工业软件的发展历史来看,欧美既是工业软件的起源地,也是工业软件最大的市场,对于半导体领域的工业软件来说,则更需要时间上的积累,在一个个项目的实施过程中不断完善。从这个角度来说,国外企业占据了时间和市场的“天时地利”。

对于国内厂商来说,现状是目前4-6寸的晶圆制造厂已基本实现国产化,到了8寸晶圆厂就开始有差距,超过50%市场都是被外资占领,12寸则基本被外资垄断。而之所以形成这样的差异,是因为不同尺寸的晶圆生产过程并不相同,4-6寸主要是靠人力来实现设备之间的操作,8寸是半人工、半自动化,12寸则是全自动化,尺寸越大,对软件的要求也越高。

随着近年来始料未及的缺芯潮和建厂潮,越来越多的晶圆厂已开始意识到芯片生产制造相关软件的重要性,“以柔克刚”成为解决问题的关键。如果半导体制造的软件也像EDA软件那样被卡,那国内全自动化的12寸晶圆厂将难以开工。据吕凌志回忆,在他刚回国的时候,中芯国际、华虹都在用国外软件,直到今天中芯国际的12英寸量产线和华宏量产线都还在用国外软件。但是从去年起,中芯国际已经逐渐在宁波生产线、绍兴生产线中使用国产的核心软件。在我国半导体不断面临着打压和封锁的大环境下,半导体制造软件的国产化替代将成为长期趋势。

写在最后

今年1月时,在国务院印发的《“十四五”数字经济发展规划》中就曾指出,要加快发展工业互联网,培育壮大集成电路、人工智能等数字产业,加快集成适配和迭代优化,推动软件产业做大做强,提升关键软硬件技术创新和供给能力。

对于半导体生产制造领域来说,在实现自动化、信息化后,更具价值的则是充分调用制造中源源不断地产生的数据资源,依据目前的工艺制程,一片芯片的生产工序至少需要经历数百道甚至数千道工艺和数百台设备,每台设备仅运转24小时就能产生TB级的海量生产数据。通过对这些数据进行分析和智能预测,将能够实现全自动化控制,真正实现无人智能工厂。同时,这些宝贵的数据也是各类软件朝着更全面的功能、更优异的性能发展的必要“养料”。

面对全球疫情反复和日益严峻的产业链安全挑战,类似CIM系统等起到重要作用的软件能否成功落地,不仅取决于软件自身的技术实力和成熟度,还需要国内的软件厂商具备丰富、全面的整体规划设计与实施经验,而这些都需要保持一种“长期主义”的工匠精神才能实现,把时间拉长来看,我们的机会还有很多。

参考资料:

1.《半导体行业迎来黄金十年,谁能帮国产晶圆厂抢占先机?》,新浪财经


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