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在芯片產(chǎn)業(yè)鏈中，被國(guó)外斷的技術(shù)和產(chǎn)品，不止光機(jī)，也不止 EDA。芯片制造過(guò)程中必需的工業(yè)軟，也曾被國(guó)際巨頭壟斷了近 40 年，它就是芯片制造的大管家：CIM（Computer Integrated Manufacturing，計(jì)算機(jī)集成制造）。掌控晶圓生的大腦CIM 是掌控半導(dǎo)體制造的生命級(jí)系統(tǒng)，被業(yè)稱為制造的大腦，可以單地將它理解為制造相關(guān)業(yè)軟件的集合體。它覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期 [1]，由 MES（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）、EAP（裝備控制平臺(tái)）、SPC（統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制）、YMS（良率分析控制系統(tǒng)）、APC（先進(jìn)過(guò)程控制）、PDC（故障偵測(cè)及分類）、RTS（FAB 實(shí)時(shí)調(diào)度排產(chǎn)系統(tǒng)）等數(shù)十種軟件系統(tǒng)組成。[2]整個(gè) CIM 系統(tǒng)中，MES 尤為重要，決定了整個(gè)代工廠的發(fā)展水平，本約占 CIM 系統(tǒng)的 15%，一旦該系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致上億元的損 [3]。MES 是指揮芯片制造的一套智慧經(jīng)營(yíng)統(tǒng)，包含產(chǎn)品流定義、設(shè)管理、材料移動(dòng)管理、制跟蹤與工藝數(shù)據(jù)管理幾個(gè)分 [4]。由于 MES 核心地位，行業(yè)通常在提及 CIM 時(shí)連帶 MES，即 CIM / MES。說(shuō)了這么多，CIM 究竟是做什么的？一是統(tǒng)管理制造生產(chǎn)流程，提升產(chǎn)良率和效率；二是實(shí)現(xiàn)動(dòng)化的智能制造，幫助制商快速部署系統(tǒng)，增強(qiáng)在本、質(zhì)量和生產(chǎn)周期上的爭(zhēng)。[5]造芯，是資本的游戲。一座晶圓廠拔地而，是數(shù)以百億美元計(jì)的投，當(dāng)晶圓廠投入生產(chǎn)，就同每分每秒都不停歇的印機(jī)，少運(yùn)轉(zhuǎn)幾分就少賺幾錢。而一顆芯片要經(jīng)歷將上千道制造工序，任何環(huán)都容不得差錯(cuò)。CIM 便是將這一切安排妥當(dāng)?shù)墓?，服務(wù)著生產(chǎn)良率和效率降低每顆芯片的成本，從獲取更多利潤(rùn)。[6]隨著半導(dǎo)體器件和制造工藝復(fù)性不斷增加，CIM 已成為半導(dǎo)體制造不可或缺的部分。傳統(tǒng)方案通常是孤或松散連接的，并且難以展額外需求，而 CIM 則能夠?qū)⑦@一切集成起來(lái) [7]。ITRS 2007 指出，半導(dǎo)體晶圓集成分為晶圓廠運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)設(shè)、材料處理、晶圓廠信息控制系統(tǒng)及設(shè)施五個(gè)部分CIM 驅(qū)動(dòng)的晶圓廠運(yùn)營(yíng)將會(huì)是其他部分運(yùn)作的推力。[8]1986 年?yáng)|芝公司一項(xiàng)研究結(jié)果表明使用 IC-CIM 技術(shù)生產(chǎn) 256kbyte DRAM 存儲(chǔ)器電路，能夠改善四項(xiàng)生產(chǎn)制造指標(biāo)[9]1986 年?yáng)|芝的研究結(jié)果 [9]另?yè)?jù)一些公司統(tǒng)計(jì)，在 CIM 投入使用一年后，設(shè)備停機(jī)間減少了 45%、設(shè)備設(shè)置時(shí)間縮短了 38%、設(shè)備利用率提高了 30%、周期時(shí)間縮短了 23%、廢品減少了 22.5%、產(chǎn)品良率提高了 15%、生產(chǎn)成本降低了 34%、凈利潤(rùn)增長(zhǎng)近 60%。[10]研究發(fā)現(xiàn)，CIM 越早投入使用，效果越好晶圓廠生產(chǎn)整個(gè)生命周期呈 S 曲線的，對(duì)于造價(jià)超過(guò) 200 億美元的晶圓廠來(lái)說(shuō)，在未使用 CIM 系統(tǒng)情況下，始終會(huì)與生產(chǎn)目標(biāo)相差數(shù)嬰勺美元甚數(shù)十億美元，這意味著這分的資金回收期會(huì)被延長(zhǎng)而越早地使用 CIM，這部分資金越早能被回收。[11]“S 曲線”，展示了生產(chǎn)目標(biāo)（綠線）與實(shí)生產(chǎn)情況（橙線），以及現(xiàn)產(chǎn)能和良率目標(biāo)面臨的種障礙（灰色橢圓）[11]CIM 概念早在 1973 年便由美國(guó)約瑟夫?哈靈頓（Joseph Harrington）在“Computer Integrated Manufacturing”一書中提出，不單單只有半導(dǎo)行業(yè)需要 CIM，任何需要智能制造的場(chǎng)景，都存它的身影，諸如制藥、食和飲料、醫(yī)療設(shè)備、航空天、國(guó)防和生物技術(shù)等，它也曾一度帶領(lǐng)半導(dǎo)體格生變。20 世紀(jì) 80 年代初，美國(guó)經(jīng)濟(jì)危機(jī)波全社會(huì)，電子產(chǎn)品也不例。雖然美國(guó)半導(dǎo)體在技術(shù)發(fā)領(lǐng)域依然強(qiáng)勢(shì)，但自己品的占有率卻越來(lái)越低，尼與松下等日本企業(yè)開始導(dǎo)存儲(chǔ)市場(chǎng)，并將微處理作為下一發(fā)展目標(biāo)。時(shí)間到 90 年代中期，短短十幾年，美國(guó)又重新拿回去的市場(chǎng)。拋開政治和策因素，SEMATECH（半導(dǎo)體制造技術(shù)聯(lián)合體）疑是引發(fā)嬗變的關(guān)鍵點(diǎn)，于 1988 年正式開始運(yùn)作，由聯(lián)邦政府和 14 家大型半導(dǎo)體公司組成，包括 IBM、英特爾、摩托羅拉、德州儀器等行業(yè)頭 [12]。在每年 2 億美元加持下 [13]，美國(guó)的制造科學(xué)和半導(dǎo)工藝技術(shù)開始融合，CIM 是當(dāng)時(shí)發(fā)展中最關(guān)鍵的部分之一凰鳥要知道，在當(dāng)時(shí)典型可大批量生產(chǎn)的先進(jìn)造設(shè)施總成本超過(guò) 100 萬(wàn)美元（相當(dāng)于現(xiàn)在的數(shù)十甚至上百億美元），更困難的是，連續(xù)數(shù)百個(gè)工中每一步都有損失良率的險(xiǎn)，當(dāng)時(shí)的集成電路制造藝良率可低至 20%~80%。[9]1991 年，SEMATECH 啟動(dòng)了 CIM 框架項(xiàng)目，自那時(shí)起，美國(guó)半導(dǎo)體制造迎來(lái)變革，在 CIM 加持下，芯片成品率獲得有提升，產(chǎn)品生產(chǎn)周期也得縮短，保證了產(chǎn)品質(zhì)量與能 [14]。1998 年，SEMATECH 又開發(fā)了 CIM 框架規(guī)范，從而在半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)開放多供應(yīng)商 CIM 系統(tǒng)環(huán)境。[15]回望歷史，短短十幾年前，晶圓廠營(yíng)還要依靠工人推著小車親自按下啟動(dòng)按鈕，通過(guò)子表格追蹤制品，而現(xiàn)在圓生產(chǎn)擁有了從設(shè)備整合據(jù)的能力，自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)料搬送 [16]，CIM 無(wú)疑是讓智能制造邁向新臺(tái)階的關(guān)鍵。當(dāng)芯片制造漸被國(guó)內(nèi)重視和大力發(fā)展CIM 的國(guó)產(chǎn)替代便顯得格外重要，但想做好 CIM 并沒有想象中簡(jiǎn)單。被兩家巨頭壟斷近 40 年CIM 準(zhǔn)入門檻很高，被行業(yè)稱為工狕軟件中的高。CIM 作為涵蓋晶圓生產(chǎn)所有環(huán)節(jié)的工業(yè)軟件，僅需要開發(fā)者擁有過(guò)硬的件實(shí)力，還要對(duì)每個(gè)生產(chǎn)節(jié)了如指掌，并將二者無(wú)銜接在一起。更困難的是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域還存在諸技術(shù)秘密（Know-how），若非資深行業(yè)人士，很難踏入該領(lǐng)域。此外，CIM 并非簡(jiǎn)單地將軟件疊加在一起，而是有機(jī)組合通過(guò)與不同廠商、不同晶廠高度定制，將原本獨(dú)立行的多個(gè)單元系統(tǒng)組成一協(xié)同工作的、功能更強(qiáng)的系統(tǒng) [17][18]。與此同時(shí)，客戶可接受容率也很低，軟件穩(wěn)定性需到 99.9999%。[19]即便是能做出 CIM 系統(tǒng)，替換掉舊系統(tǒng)也并非易事。打個(gè)比方泰山說(shuō)如果將晝夜無(wú)休的半導(dǎo)體造工廠看作高速行駛的飛，CIM 便是驅(qū)動(dòng)飛機(jī)持續(xù)飛行的核心引擎，尚書替全新 CIM 系統(tǒng)，好比開著飛機(jī)換引擎?？梢?CIM 領(lǐng)域難度之大。[20]近年來(lái)，12 英寸晶圓廠興起，帶動(dòng)了 CIM 大規(guī)模應(yīng)用。隨著晶圓尺寸從 4 英寸變?yōu)?6 英寸、8 英寸、12 英寸，不僅投資數(shù)額暴增，造設(shè)備、流程、工藝也都得更為復(fù)雜，假若這種情下 CIM 發(fā)生故障，將會(huì)是一筆不小的損失，因，市場(chǎng)開始對(duì) CIM 提出了更高的要求。[21]但就是這樣難做的行業(yè)，球市場(chǎng)卻說(shuō)不上非常大。 Technavio 數(shù)據(jù)顯示，2021 年~2026 年整個(gè) CIM 市場(chǎng)（包含光伏制造、制、半導(dǎo)體制造等）潛在市增長(zhǎng)份額為 87.2 億美元 [22]；另?yè)?jù) IDC 報(bào)告顯示，2021 年中國(guó) MES 總體市場(chǎng)份額約為 38.1 億元人民幣 [23]，這種情況下，細(xì)分到半導(dǎo)體的場(chǎng)份額可能會(huì)更少。更尷的是，CIM 中核心的 MES 系統(tǒng)只占晶圓廠總投資的 1%，相比動(dòng)輒上百億的晶圓廠，很難引發(fā)行業(yè)重視，上游廠商更偏于使用成熟方案以應(yīng)對(duì)生中各種問(wèn)題。[24]所幸的是，全球新建晶圓產(chǎn)能在逐步增加，特定客戶對(duì) CIM 需求量增大。據(jù) SEMI《世界晶圓廠預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，預(yù)計(jì)全球半體行業(yè)將在 2021 年~2023 年間開始建設(shè)的 84 座大規(guī)模芯片制造工廠中投資 5000 多億美元。[25]目前半導(dǎo)體 CIM 格局集中度較高，應(yīng)用材料（Applied Materials）、IBM 并稱為半導(dǎo)體 CIM 雙雄，兩家公司壟斷市場(chǎng)將近 40 年之久。從發(fā)展歷史來(lái)看，家公司的技術(shù)時(shí)間跨度也長(zhǎng)。CIM 發(fā)展簡(jiǎn)要?dú)v史，制表丨果殼硬科技參考料丨芯東西 [26]、EEtimes[27]、《華爾街日?qǐng)?bào)》[28]應(yīng)用材料與 IBM 兩家公司面對(duì)的客戶均為全球最先的晶圓廠或 IDM 廠商，而二者發(fā)展側(cè)重點(diǎn)并不同。應(yīng)用材料不僅是 CIM 的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，也是一家半導(dǎo)士敬設(shè)備龍頭企業(yè)，過(guò)大量收購(gòu) CIM 先進(jìn)企業(yè)后，該公司采取“軟 + 硬件”捆綁銷售形式，占據(jù)一方市場(chǎng)。IBM 則更偏向 AI 云網(wǎng)結(jié)合，通過(guò)不斷收購(gòu)相關(guān)公司充技術(shù)能力，同時(shí) IBM 還設(shè)有自家晶圓廠，可在自家晶圓廠試錯(cuò)積攢經(jīng)驗(yàn)[29]應(yīng)用材料與 IBM 的 CIM 方案對(duì)比，制表丨果殼硬科技國(guó)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)初步替代前兩年，CIM 還是一個(gè)小眾賽道，僅擁有少數(shù)幾個(gè)國(guó)產(chǎn)玩家，少被資本所青睞。自國(guó)產(chǎn)代呼聲響起，加之 EDA、光刻機(jī)等典型卡脖子領(lǐng)關(guān)注度提升，帶動(dòng)資本對(duì) CIM 關(guān)注度。2022 年下半年，投融資市場(chǎng)開始活躍，其中不九鳳紅杉資、高瓴資本、華登國(guó)際、汽集團(tuán)及旗下恒旭資本、亞迪股份、韋豪創(chuàng)芯等明投資機(jī)構(gòu)。國(guó)產(chǎn) CIM 標(biāo)志性融資事件不完全統(tǒng)，制表丨果殼硬科技縱覽內(nèi)整體行業(yè)，均是以 MES 為核心的 CIM 方案，覆蓋制造各個(gè)環(huán)節(jié)。外，大多數(shù)國(guó)產(chǎn)廠商選擇局以光伏、LED、平板顯示和半導(dǎo)體為核心的泛半體行業(yè)，并向鋰電、新能等更多行業(yè)進(jìn)發(fā)，以期更市場(chǎng)。據(jù)集微網(wǎng)文章顯示目前，封裝領(lǐng)域的 CIM 系統(tǒng)基本已被國(guó)產(chǎn)廠商包攬，而這充分說(shuō)明國(guó)外的品并非不可替代，只是要耐心。而在傳統(tǒng)卡脖子的 12 英寸 MES 方面，近兩年國(guó)內(nèi)也已實(shí)現(xiàn)初突破。[24]國(guó)產(chǎn)主要 CIM 廠商情況，制表丨果殼硬科技參考資料丨公官網(wǎng)、芯智訊 [30]、36 氪 [19][31]、集微網(wǎng) [32]、投資界 [33][34]基于國(guó)產(chǎn)現(xiàn)狀，果殼硬科技隊(duì)認(rèn)為：雖然 CIM 市場(chǎng)規(guī)模不及實(shí)體芯片產(chǎn)業(yè)但在特定客戶需求和晶圓能持續(xù)擴(kuò)張前提下，也擁為廣闊的利潤(rùn)空間，集微詢信息顯示，國(guó)內(nèi)在建大片廠 12 英寸硅片產(chǎn)能超 6000 萬(wàn)片 / 年 [35]，對(duì)國(guó)產(chǎn) CIM 來(lái)說(shuō)，與上游晶圓廠聯(lián)合意義重大，鸞鳥外，泛導(dǎo)體不同子行業(yè)間具有一相通性，國(guó)產(chǎn)廠商應(yīng)抓住樣的機(jī)遇；地緣因素影響，CIM 補(bǔ)足自主產(chǎn)業(yè)鏈意義重大，可以把它理解光刻機(jī)與光刻膠的關(guān)系，便研發(fā)難度大且投入回收長(zhǎng)，也要擁有國(guó)產(chǎn)自主可產(chǎn)品，更何況 CIM 還處在工業(yè)軟件領(lǐng)域，可能會(huì)牽扯到信息安全方面問(wèn)；迄今為止，國(guó)內(nèi)已不缺半導(dǎo)體 CIM 廠商，但對(duì)于投資巨大的晶圓廠來(lái)，嘗試使用新產(chǎn)品，無(wú)疑一次試錯(cuò)冒險(xiǎn) [29]，這也是為何應(yīng)用材料公司 IBM 能穩(wěn)坐龍頭之位，鑒于以往，國(guó)產(chǎn)上游廠需警惕 CIM 供應(yīng)商過(guò)于單一的情況，可嘗天犬采國(guó)內(nèi)外雙線策略，甚至可試多元供應(yīng)商的策略；雖國(guó)內(nèi)已初步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代但相比國(guó)外巨頭技術(shù)依然在差距，為拓寬國(guó)產(chǎn) CIM 技術(shù)邊界，可借鑒應(yīng)用材料公司和 IBM 發(fā)展歷程，不斷整合并購(gòu)，增技術(shù)集中度，另外國(guó)產(chǎn)晶廠或 IDM 廠商也可并購(gòu)相關(guān)技術(shù)，建立純自主線；應(yīng)用材料公司認(rèn)為，晶圓廠許多區(qū)域是部署中耗時(shí)的因素之一，由于每晶圓廠情況不同，從一個(gè)廠到另一個(gè)工廠需要大量制，需要 6~12 個(gè)月的時(shí)間，同時(shí)半導(dǎo)體自動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)常會(huì)駐留在具各自集成方法的不同 CIM 的應(yīng)用程序中，其 SmartFactory CIM 方案就是解決了這些問(wèn)題，值得國(guó)內(nèi)借鑒；[36]融資潮過(guò)后，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)大量 CIM 企業(yè)，但切忌浮躁，半導(dǎo)體領(lǐng)狡投邏輯與傳統(tǒng)大多行業(yè)不同整體回收期較長(zhǎng)，且 CIM 領(lǐng)域更為看重經(jīng)驗(yàn)積累，此前部分國(guó)產(chǎn)從從商曾坦，前期 2~3 年產(chǎn)品銷售困難，不過(guò)一旦撐過(guò)這時(shí)期，腳踏實(shí)地地迭代產(chǎn)和積累口碑，客戶信任度會(huì)迎來(lái)明顯上升，是值得局的長(zhǎng)線生意。雖然國(guó)產(chǎn) CIM 格局已初步形成，但不得不承歸山現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)與外仍有差距。目前，中國(guó)業(yè)軟件發(fā)展已迎來(lái)政策窗期 [37]，展望未來(lái) 5~10 年，半導(dǎo)體 CIM 或迎來(lái)發(fā)展熱潮。References：[1] 李龍梅，張暴暴，馮辛安，等. 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