火熱的半導(dǎo)體領(lǐng)域，光刻機(jī)、晶圓廠與芯片幾乎無人不知。但要在晶圓廠順利制造出芯片，除了光刻機(jī)不可或缺外，還有一位幕后英雄，就是半導(dǎo)體CIM（Computer Integrated Manufacturing，計(jì)算機(jī)集成制造）系統(tǒng)——部署在半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠內(nèi)的生命級(jí)軟件系統(tǒng)，尤其是其中最重要的MES系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)），如同晶圓廠的大腦一樣，一旦出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致產(chǎn)線數(shù)億元的天價(jià)損失?？梢哉f，卡住MES系統(tǒng)，也就扼住了半導(dǎo)體制造的“咽喉”。
不幸的是，像光刻機(jī)、EDA一樣，半導(dǎo)體MES/CIM領(lǐng)域也是高度壟斷，發(fā)展40年來，全球市場主要由IBM、應(yīng)用材料、三星、海力士等國外幾大巨頭把持。2000年之后，隨著國內(nèi)半導(dǎo)體制造業(yè)的逐漸興起，半導(dǎo)體MES/CIM領(lǐng)域開始出現(xiàn)國內(nèi)企業(yè)身影，尤其是2015年后，國產(chǎn)替代需求被激發(fā)，發(fā)展國產(chǎn)化MES/CIM成為業(yè)界共識(shí)，一時(shí)之間，資本、新創(chuàng)企業(yè)紛紛涌入這一賽道，想“抄來即用彎道超車”的有，想“并購融資賺快錢”的也有，這讓本來只顧埋頭苦干的MES/CIM從業(yè)中人也開始無所適從。
或許，是時(shí)候厘一下這個(gè)賽道的過去、現(xiàn)在和未來，從而更堅(jiān)定走下去的步伐。
工業(yè)軟件的“高地” 半導(dǎo)體制造的“大腦”
半導(dǎo)體CIM系統(tǒng)就是半導(dǎo)體領(lǐng)域工業(yè)軟件的統(tǒng)稱，一套CIM系統(tǒng)包括多個(gè)模塊，十幾個(gè)子系統(tǒng)，例如：生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng) MES、設(shè)備自動(dòng)化 EAP、先進(jìn)制程控制 APC、實(shí)時(shí)調(diào)度排產(chǎn)系統(tǒng) RTD 等數(shù)十種軟件。
作為半導(dǎo)體工廠的制造運(yùn)營軟件，CIM系統(tǒng)與半導(dǎo)體制造的發(fā)展相伴而生。
過去幾十年來，在摩爾定律的指引下，芯片的集成度越來越高，半導(dǎo)體制造的復(fù)雜度也隨之提升，晶圓尺寸從4英寸、6英寸、8英寸到12英寸，尺寸越來越大，工藝制程越來越小，?晶圓廠的工序翻倍增長，生產(chǎn)制造從人工、半自動(dòng)到全自動(dòng)，自動(dòng)化、智能化程度越來越高，這些都對半導(dǎo)體領(lǐng)域的工業(yè)軟件帶來更高的要求。
國內(nèi)最早研發(fā)出半導(dǎo)體MES系統(tǒng)的上揚(yáng)軟件創(chuàng)始人呂凌志指出，晶圓廠有5大要素：人、機(jī)、料、法（工藝制程）、環(huán)（環(huán)境），CIM系統(tǒng)就是要管理協(xié)調(diào)這些要素，使整個(gè)晶圓廠的制造過程能順利執(zhí)行。而在一套CIM系統(tǒng)中，MES是其中最核心最基礎(chǔ)的軟件，它好比整個(gè)產(chǎn)線的大腦，要管理IC制造中的數(shù)百到上千道流程，要保證設(shè)備線、材料線、工藝參數(shù)線的正常運(yùn)營，還要能根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況自動(dòng)做出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)。
“工廠每天產(chǎn)生幾億個(gè)transaction數(shù)據(jù)，作為管理和決策者，MES系統(tǒng)不能出現(xiàn)任何卡頓和錯(cuò)誤，一旦卡頓，導(dǎo)致產(chǎn)線廢片，那損失將高達(dá)千萬甚至上億元?！眳瘟柚靖嬖V集微網(wǎng)。
半導(dǎo)體是一個(gè)需要長期積累的產(chǎn)業(yè)，工業(yè)軟件也是一個(gè)需要長期積累的行業(yè)，二者的結(jié)合——半導(dǎo)體工業(yè)軟件MES/CIM系統(tǒng)則更是難上加難。正因?yàn)闇?zhǔn)入門檻高，開發(fā)迭代難，MES/CIM系統(tǒng)也被稱為“制造環(huán)節(jié)的EDA”，這一領(lǐng)域的軟件開發(fā)已成為工業(yè)軟件中極具挑戰(zhàn)的"高地"。
高端市場巨頭把持 夾縫中尋求突圍
正是因?yàn)镸ES系統(tǒng)對于整個(gè)晶圓廠來說堪比大腦的重要屬性，晶圓制造企業(yè)在投資建廠時(shí)選擇供應(yīng)商上就更趨嚴(yán)格保守。另外，從成本上看，一套MES軟件系統(tǒng)約占晶圓廠總投資的1%，占比并不高，因此在投資動(dòng)輒上百億元的晶圓廠看來，寧愿多花點(diǎn)錢采購大廠的成熟系統(tǒng)。
客戶的采購試用更進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)品迭代完善，這也造成了在半導(dǎo)體MES/CIM領(lǐng)域，大者恒大的發(fā)展慣勢。過去幾十年來，資源、市場逐漸向巨頭匯集，壟斷之勢就此形成。
目前，從全球CIM市場格局來看，主要有兩大流派，一是以美系為起始點(diǎn)的，還包括日系、新加坡的衍生系，主導(dǎo)廠商以應(yīng)用材料、IBM等為主，目前大陸很多代工廠采用了美系廠商產(chǎn)品；二是韓國體系，例如，三星、SK海力士。而在高端MES市場，主要由應(yīng)用材料、IBM兩巨頭占據(jù)。其中，應(yīng)用材料通過多次并購，將全球幾家MES主要供應(yīng)商收于旗下，憑借其完善的MES產(chǎn)品線以及自身在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域的優(yōu)勢，其MES產(chǎn)品在各大晶圓廠商中獲得廣泛應(yīng)用；而IBM則憑借自家晶圓制造的優(yōu)勢以及強(qiáng)大的軟件研發(fā)實(shí)力，研發(fā)出自家MES系統(tǒng)，不僅應(yīng)用于自身的晶圓制造工廠，也應(yīng)用于格芯、臺(tái)積電等代工廠內(nèi)。
反觀國內(nèi)市場，伴隨著2000年《鼓勵(lì)軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》（簡稱18號(hào)文）的發(fā)布，國家批準(zhǔn)了一批集成電路產(chǎn)業(yè)化基地，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)5英寸、6英寸晶圓制造項(xiàng)目紛紛落地，國內(nèi)半導(dǎo)體CIM企業(yè)也就此開始興起，在市場夾縫中尋求突圍。
上揚(yáng)軟件就是彼時(shí)最早進(jìn)入這一領(lǐng)域的企業(yè)之一。
2000年左右，紹興華越微電子要上一條5英寸產(chǎn)線，當(dāng)時(shí)購買了日本設(shè)備，但忘記采購MES系統(tǒng)，再去購買日本MES系統(tǒng)要100多萬美元，負(fù)責(zé)人為此找到呂凌志。憑借之前在該領(lǐng)域多年的技術(shù)和人脈積累，呂凌志果斷接下這個(gè)硬任務(wù)，組建團(tuán)隊(duì)攻關(guān)，最終滿足了紹興華越5英寸晶圓廠MES系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)零的突破。在工廠產(chǎn)線的不斷應(yīng)用迭代下，這套系統(tǒng)后來又被用于上海新進(jìn)半導(dǎo)體6英寸線，至今仍被客戶延續(xù)使用，這是國內(nèi)自主研發(fā)的用于晶圓廠生產(chǎn)的第一套MES系統(tǒng)。
有了客戶零的突破，上揚(yáng)軟件MES系統(tǒng)的迭代推進(jìn)就變得順暢起來。目前國內(nèi)最大的6英寸產(chǎn)線士蘭微24萬片產(chǎn)線、中芯紹興8英寸11萬片產(chǎn)線，使用的都是上揚(yáng)軟件的MES系統(tǒng)。最近，在獲得華為哈勃投資、大基金二期領(lǐng)投的C輪融資后，上揚(yáng)軟件正在全力推進(jìn)其12英寸量產(chǎn)線MES系統(tǒng)的研發(fā)迭代。
呂凌志表示，“MES這個(gè)行業(yè)就是需要積累，你不做4、5、6英寸就很難做出8英寸，8英寸沒做出來，更做不了12英寸的系統(tǒng)?！?/p>
據(jù)悉，目前我國在4-6英寸晶圓制造廠中MES軟件已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，8英寸產(chǎn)線中超過80%的市場仍由外資占領(lǐng)，12英寸基本被外資壟斷。
工業(yè)軟件特質(zhì) 慢節(jié)奏熬出真功夫
隨著國內(nèi)半導(dǎo)體制造工藝的推進(jìn)，2015年后，MES/CIM等半導(dǎo)體領(lǐng)域的工業(yè)軟件發(fā)展開始受到關(guān)注。后來的中興、華為事件更像催化劑，推動(dòng)著這一領(lǐng)域成為產(chǎn)業(yè)上下關(guān)注的風(fēng)口。在資本和政策的助推下，這一領(lǐng)域涌現(xiàn)出多家國內(nèi)企業(yè)，?？怂?、哥瑞利、芯享科技、鎧鉑科技、賽美特、泰治科技等，分別針對不同細(xì)分市場攻關(guān)發(fā)力。
多年的冷門賽道一下子熱起來，也出現(xiàn)了很多不同的做法和聲音：有求快從國外買現(xiàn)成軟件再包裝的、有想用互聯(lián)網(wǎng)思維跑馬圈地快速超越的、有想并購融資賺快錢的......
雖然賽道火熱有助于產(chǎn)業(yè)做大，但在呂凌志看來，不能忘了做工業(yè)軟件的初心，“這個(gè)領(lǐng)域不是說把老大打掉，老二就能變成老大，要看客戶認(rèn)不認(rèn)可，而要贏得客戶，就要有多年的經(jīng)驗(yàn)和積累。這個(gè)領(lǐng)域沒有捷徑可走，不可能彎道超車，要有鍥而不舍的精神，秉承堅(jiān)定的長期主義者思維?！?/p>
作為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的工業(yè)軟件，MES/CIM擺脫不了“工業(yè)知識(shí)代碼化”的本來面貌，慢，是這一領(lǐng)域的特有標(biāo)簽。從IBM、應(yīng)用材料MES系統(tǒng)開發(fā)歷程可見一斑。
IBM的MES系統(tǒng)源于1995年推出的POSEIDEM系統(tǒng)，后基于此系統(tǒng)不斷迭代開發(fā)出現(xiàn)在市場上普遍使用的SiView系統(tǒng)。應(yīng)用材料的MES系統(tǒng)則要追溯到上世紀(jì)70年代，美國MES廠商Consilium（后被應(yīng)用材料收購）開發(fā)出的CAM系統(tǒng)（MES的雛形）?？梢钥闯?，如今成就MES霸主地位的兩大巨頭，也都走過了數(shù)十年的開發(fā)、應(yīng)用、迭代歷程。
“MES作為工業(yè)軟件是工業(yè)管理、技術(shù)、工藝乃至原理等知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、原則的表達(dá)。它與芯片、航發(fā)具有同樣的性質(zhì)。如果把MES僅僅看成一種軟件，就象把芯片看成沙子一樣可笑。”被客戶戲稱為老法師，在MES/CIM領(lǐng)域摸爬滾打20多年的呂凌志深知這一領(lǐng)域的生長法則。
開發(fā)MES系統(tǒng)，以行業(yè)知識(shí)為中心的“工業(yè)知識(shí)”是決定MES價(jià)值的關(guān)鍵，作為晶圓廠生產(chǎn)現(xiàn)場管控的核心軟件，MES對生產(chǎn)現(xiàn)場的建模、感知、優(yōu)化、自動(dòng)處理等是最重要的能力。
工業(yè)軟件的“工業(yè)”特性，也決定了從事工業(yè)軟件開發(fā)的人才必須同時(shí)具備掌握工業(yè)知識(shí)的能力和將工業(yè)知識(shí)軟件化的能力，這樣的人才培養(yǎng)周期長，更是急不來。
呂凌志認(rèn)為，工業(yè)軟件場景調(diào)研、技術(shù)架構(gòu)、團(tuán)隊(duì)成長、業(yè)績、客戶應(yīng)用等都必須從低端到高端、從研發(fā)到量產(chǎn)長期迭代，必須專注在自己的細(xì)分領(lǐng)域，拿出“板凳要坐十年冷”的態(tài)度來對待?！鞍雽?dǎo)體工業(yè)軟件不需要圈地封疆的快馬，而更需要一步一個(gè)腳印、能穿越沙漠的駱駝。”他強(qiáng)調(diào)道。
事不避難者進(jìn) 沖刺12英寸量產(chǎn)線MES系統(tǒng)
MES系統(tǒng)做出來是一回事，但能不能用到量產(chǎn)線上又是另一回事。其中，又以12英寸量產(chǎn)線為最難。
呂凌志介紹說，相比8英寸，12英寸工廠由于設(shè)備多、工序多、自動(dòng)化程度高，給MES的開發(fā)帶來更多挑戰(zhàn)。以5萬片產(chǎn)能的產(chǎn)線為例，12英寸產(chǎn)線的數(shù)據(jù)量可達(dá)8英寸產(chǎn)線的5倍。數(shù)倍增長的復(fù)雜性注定了12英寸產(chǎn)線MES系統(tǒng)開發(fā)難度重重。最難的一點(diǎn)是，軟件出現(xiàn)BUG是大概率的事件，但12英寸產(chǎn)線上如果因?yàn)檐浖﨎UG影響生產(chǎn)，那可是天大的災(zāi)難，對穩(wěn)定性可靠性要求更是達(dá)到天花板級(jí)別。
據(jù)悉，目前國內(nèi)廠商在12英寸MES系統(tǒng)上已能實(shí)現(xiàn)部分功能，但距離應(yīng)用到量產(chǎn)線，還有相當(dāng)長的距離。以上揚(yáng)軟件為例，應(yīng)用于12英寸晶圓廠的MES產(chǎn)品myCIM，經(jīng)過客戶現(xiàn)場環(huán)境的不斷試用迭代，目前已可以滿足研發(fā)線、中試線等小批量產(chǎn)線和部分量產(chǎn)線的要求。比如，上揚(yáng)軟件承接了全球前三大圖像傳感器供應(yīng)商之一豪威半導(dǎo)體12英寸晶圓廠CIM的開發(fā)實(shí)施項(xiàng)目。
應(yīng)用場景復(fù)雜試錯(cuò)難，過去幾年，國產(chǎn)工業(yè)軟件難免陷入“產(chǎn)品弱-客戶唾棄-沒有迭代-產(chǎn)品更弱”的死循環(huán)中。對于現(xiàn)在憑借以往經(jīng)驗(yàn)積累和產(chǎn)品迭代獲得的12英寸客戶試用環(huán)境，呂凌志心懷感激，同時(shí)也如履薄冰：“客戶投資1百多億元的晶圓廠，如果因?yàn)槟氵@不到1億元的軟件掛了，全廠停產(chǎn)，那是不可想象的，我也絕對承擔(dān)不起這個(gè)責(zé)任。”
但事不避難者進(jìn)，12英寸產(chǎn)線MES的高難度更彰顯了國產(chǎn)化推進(jìn)的必要性。在目前國際形勢下，MES受制于人的風(fēng)險(xiǎn)不能不讓人擔(dān)憂，一方面可能出現(xiàn)信息安全攻擊問題，通過后門就能造成停工停廠的巨大損失；另一方面，12英寸產(chǎn)線國外CIM系統(tǒng)如被禁止迭代，將意味著國內(nèi)高端芯片將難以制造出來。
時(shí)下，在政策與資本的助推下，國產(chǎn)化MES/CIM可謂迎來了最好的發(fā)展時(shí)刻，有資金的大力支持，也有企業(yè)愿意提供試錯(cuò)環(huán)境。
“目前，12英寸量產(chǎn)線MES項(xiàng)目推進(jìn)上，我們已經(jīng)跑過了一段路程?！眳瘟柚就嘎叮跋啾葲]有現(xiàn)場試用、閉門造車寫PPT的團(tuán)隊(duì)，我們已經(jīng)找到了問題所在，發(fā)現(xiàn)了真正的差距，剩下的就是放手一搏、全力沖刺。為此也已做好全面準(zhǔn)備：充足的融資資金、有經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)、國內(nèi)最好的客戶試用環(huán)境。我們希望盡快實(shí)現(xiàn)0-1的突破，三五年內(nèi)能與國際友商分庭抗禮。”
“國產(chǎn)替代是契機(jī)，最終還是要走上市場化?！眳瘟柚緩?qiáng)調(diào)指出，“只有把產(chǎn)品做好，服務(wù)做好，性能做上去，成本降下來，才能最終獲得客戶認(rèn)可?！?/p>
在半導(dǎo)體制造爭奪已上升為各國戰(zhàn)略高度的時(shí)下，MES/CIM已成為不可或缺的“保駕護(hù)航”利器。與半導(dǎo)體制造共進(jìn)退的國產(chǎn)MES/CIM廠商，也將在硝煙彌漫的淬煉中穩(wěn)扎穩(wěn)打、盡快突圍。
