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在芯片產業(yè)鏈中被國外壟斷的技和產品，不止光機，也不止 EDA。芯片制造過程中必需的工業(yè)軟，也曾被國際巨壟斷了將近 40 年，它就是芯片制造的大管家：CIM（Computer Integrated Manufacturing，計算機集成制造）。掌晶圓生產的大腦CIM 是掌控半導體制造的生命級統(tǒng)，被行業(yè)稱為造的大腦，可以單地將它理解為造相關工業(yè)軟件集合體。它覆蓋產品整個生命周 [1]，由 MES（生產執(zhí)行系統(tǒng)）、EAP（裝備控制平臺）、SPC（統(tǒng)計過程控制）、YMS（良率分析控制系統(tǒng)、APC（先進過程控制）、PDC（故障偵測及分）、RTS（FAB 實時調度排產系統(tǒng)）等數(shù)十種件系統(tǒng)組成。[2]整個 CIM 系統(tǒng)中，MES 尤為重要，決定整個代工廠的發(fā)水平，成本約占 CIM 系統(tǒng)的 15%，一旦該系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將導致上億元的損 [3]。MES 是指揮芯片制造的一套智慧經(jīng)營統(tǒng)，包含產品流義、設備管理、料移動管理、制跟蹤與工藝數(shù)據(jù)理幾個部分 [4]。由于 MES 核心地位，行業(yè)通常在提及 CIM 時連帶 MES，即 CIM / MES。說了這么多，CIM 究竟是做什么的一是統(tǒng)籌管理制生產流程，提升產良率和效率；是實現(xiàn)自動化的能制造，幫助制商快速部署系統(tǒng)增強在成本、質和生產周期上的爭。[5]造芯，是資本的游戲。座晶圓廠拔地而，是數(shù)以百億美計的投入，當晶廠投入生產，就同每分每秒都不歇的印鈔機，少轉幾分就少賺幾錢。而一顆芯片經(jīng)歷將近上千道造工序，任何環(huán)都容不得差錯。CIM 便是將這一切安排妥當?shù)墓?，服務著生產良和效率，降低每芯片的成本，從獲取更多利潤。[6]隨著半導體器件和制造工藝復性不斷增加，CIM 已成為半導體制造不可或缺的部分。傳統(tǒng)方案常是孤立或松散接的，并且難以展額外需求，而 CIM 則能夠將這一切集成起來 [7]。ITRS 2007 指出，半導體晶圓集分為晶圓廠運營生產設備、材料理、晶圓廠信息控制系統(tǒng)及設施個部分，CIM 驅動的晶圓廠運將會是其他部分作的推動力。[8]1986 年東芝公司一項研究果表明，使用 IC-CIM 技術生產 256kbyte DRAM 存儲器電路，能夠改善四項生產造指標。[9]1986 年東芝的研究結果 [9]另據(jù)一些公司統(tǒng)，在 CIM 投入使用一年后，備停機時間減少 45%、設備設置時間縮短了 38%、設備利用率提高了 30%、周期時間縮短了 23%、廢品減少了 22.5%、產品良率提高了 15%、生產成本降低了 34%、凈利潤增長近 60%。[10]研究發(fā)現(xiàn)，CIM 越早投入使用，果越好。晶圓廠產整個生命周期呈 S 曲線的，對于造價超過 200 億美元的晶圓廠來說，在未用 CIM 系統(tǒng)情況下，始終會生產目標相差數(shù)美元甚至數(shù)十億元，這意味著這分的資金回收期被延長，而越早使用 CIM，這部分資金越早能回收。[11]“S 曲線”，展示了生產目標（綠）與實際生產情（橙線），以及現(xiàn)產能和良率目面臨的各種障礙灰色橢圓）[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，不單單只有半導行業(yè)需要 CIM，任何需要智能造的場景，都存它的身影，諸如藥、食品和飲料醫(yī)療設備、航空天、國防和生物術等，而它也曾度帶領半導體格生變。20 世紀 80 年代初，美國經(jīng)濟危機波全社會，電子產也不例外。雖然國半導體在技術發(fā)領域依然強勢但自己產品的占率卻越來越低，尼與松下等日本業(yè)開始主導存儲場，并將微處理作為下一發(fā)展目。時間來到 90 年代中期，短短十幾年，美國又新拿回失去的市。拋開政治和策因素，SEMATECH（半導體制造技術聯(lián)合體）疑是引發(fā)嬗變的鍵點，它于 1988 年正式開始運作，由聯(lián)邦政和 14 家大型半導體公司組成包括 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]，美國的制造科和半導體工藝技開始融合，CIM 是當時發(fā)展中最關鍵的部分之一要知道，在當時典型可大批量生的先進制造設施成本超過 100 萬美元（相當于現(xiàn)在的數(shù)十甚至百億美元），更困難的是，連續(xù)百個工藝中每一都有損失良率的險，當時的集成路制造工藝良率低至 20%~80%。[9]1991 年，SEMATECH 啟動了 CIM 框架項目，自那時起美國半導體制造迎來變革，在 CIM 加持下，芯片成品率獲得有提升，產品生產期也得以縮短，證了產品質量與能 [14]。1998 年，SEMATECH 又開發(fā)了 CIM 框架規(guī)范，從而半導體行業(yè)實現(xiàn)開放多供應商 CIM 系統(tǒng)環(huán)境。[15]回望歷史，短短十幾年前晶圓廠運營還要靠工人推著小車親自按下啟動按，通過電子表格蹤制品，而現(xiàn)在圓生產擁有了從備整合數(shù)據(jù)的能，自動化地實現(xiàn)料搬送 [16]，CIM 無疑是讓智能制造邁向臺階的關鍵。當片制造逐漸被國重視和大力發(fā)展CIM 的國產替代便顯得格外重，但想做好 CIM 并沒有想象中簡單。被兩家巨壟斷近 40 年CIM 準入門檻很高，被行業(yè)稱工業(yè)軟件中的高。CIM 作為涵蓋晶圓生產所有節(jié)的工業(yè)軟件，僅需要開發(fā)者擁過硬的軟件實力還要對每個生產節(jié)了如指掌，并二者無縫銜接在起。更困難的是半導體制造領域存在諸多技術秘（Know-how），若非資深行業(yè)人士，很難踏該領域。此外，CIM 并非簡單地將軟件疊加在一，而是有機組合通過與不同廠商不同晶圓廠高度制，將原本獨立行的多個單元系組成一個協(xié)同工的、功能更強的系統(tǒng) [17][18]。與此同時，客戶可接受容率也很低，軟件定性需達到 99.9999%。[19]即便是能做出 CIM 系統(tǒng)，替換掉舊系統(tǒng)并非易事。打個方來說，如果將夜無休的半導體造工廠看作高速駛的飛機，CIM 便是驅動飛機持續(xù)飛行的核心引，要替換全新 CIM 系統(tǒng)，好比開著飛機換引擎可見 CIM 領域難度之大。[20]近年來，12 英寸晶圓廠興起，帶動了 CIM 大規(guī)模應用。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，造設備、流程、藝也都變得更為雜，假若這種情下 CIM 發(fā)生故障，將會是一不小的損失，因，市場開始對 CIM 提出了更高的要求。[21]但就是這樣難做行業(yè)，全球市場說不上非常大。 Technavio 數(shù)據(jù)顯示，2021 年~2026 年整個 CIM 市場（包含光伏制造、制、半導體制造等潛在市場增長份為 87.2 億美元 [22]；另據(jù) 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，細分到半導體的場份額可能會更。更尷尬的是，CIM 中核心的 MES 系統(tǒng)只占晶圓廠總投資的 1%，相比動輒上百億的晶圓廠，難引發(fā)起行業(yè)重，上游廠商更偏于使用成熟方案應對生產中各種題。[24]所幸的是，全球新建圓產能正在逐步加，特定客戶對 CIM 需求量增大。據(jù) SEMI《世界晶圓廠預報告》顯示，預全球半導體行業(yè)在 2021 年~2023 年間開始建設的 84 座大規(guī)模芯片制造工廠中投資 5000 多億美元。[25]目前半導體 CIM 格局集中度較高，用材料（Applied Materials）、IBM 并稱為半導體 CIM 雙雄，兩家公司壟斷場將近 40 年之久。從發(fā)展歷來看，兩家公司技術時間跨度也長。CIM 發(fā)展簡要歷史，制表果殼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均為球最先進的晶圓或 IDM 廠商，而二者發(fā)展側點并不相同。應材料不僅是 CIM 的絕對領導者，也是一家半導設備龍頭企業(yè)，過大量收購 CIM 先進企業(yè)后，該公司采取“軟 + 硬件”捆綁銷售形式，占據(jù)方市場。IBM 則更偏向 AI 云網(wǎng)結合，通過斷收購相關公司充技術能力，同 IBM 還設有自家晶圓廠，可自家晶圓廠試錯攢經(jīng)驗。[29]應用材料與 IBM 的 CIM 方案對比，制表果殼硬科技國產實現(xiàn)初步替代前年，CIM 還是一個小眾賽道，擁有少數(shù)幾個國玩家，極少被資所青睞。自國產代呼聲響起，加 EDA、光刻機等典型卡脖子領關注度提升，帶資本對 CIM 關注度。2022 年下半年，投融資市場開始活躍其中不乏紅杉資、高瓴資本、華國際、上汽集團旗下恒旭資本、亞迪股份、韋豪芯等明星投資機。國產 CIM 標志性融資事件完全統(tǒng)計，制表果殼硬科技縱覽內整體行業(yè)，均以 MES 為核心的 CIM 方案，覆蓋制造各環(huán)節(jié)。此外，大數(shù)國產廠商選擇局以光伏、LED、平板顯示和半體為核心的泛半體行業(yè)，并向鋰、新能源等更多業(yè)進發(fā)，以期更市場。據(jù)集微網(wǎng)章顯示，目前，裝領域的 CIM 系統(tǒng)基本已被國產廠商包攬，而充分說明國外的品并非不可替代只是要有耐心。在傳統(tǒng)卡脖子的 12 英寸 MES 方面，近兩年國內也已實現(xiàn)初突破。[24]國產主要 CIM 廠商情況，制表果殼硬科技參考料丨公司官網(wǎng)、智訊 [30]、36 氪 [19][31]、集微網(wǎng) [32]、投資界 [33][34]基于國產現(xiàn)狀，果殼硬科技隊認為：雖然 CIM 市場規(guī)模不及實體芯片產業(yè)但在特定客戶需和晶圓產能持續(xù)張前提下，也擁為廣闊的利潤空，集微咨詢信息示，國內在建大片廠 12 英寸硅片產能超 6000 萬片 / 年 [35]，對國產 CIM 來說，與上游晶圓聯(lián)合意義重大，外，泛半導體不子行業(yè)間具有一相通性，國產廠應抓住這樣的機；地緣因素影響，CIM 補足自主產業(yè)鏈意義重，可以把它理解光刻機與光刻膠關系，即便研發(fā)度大且投入回收長，也要擁有國自主可控產品，何況 CIM 還處在工業(yè)軟件領，可能還會牽扯信息安全方面問；迄今為止，國已不缺乏半導體 CIM 廠商，但對于投資巨大的圓廠來說，嘗試用新產品，無疑一次試錯冒險 [29]，這也是為何應用材料公司 IBM 能穩(wěn)坐龍頭之位，鑒于往，國產上游廠需警惕 CIM 供應商過于單一情況，可嘗試采國內外雙線策略甚至可嘗試多元應商的策略；雖國內已初步實現(xiàn)產替代，但相比外巨頭技術依然在差距，為拓寬產 CIM 技術邊界，可借鑒應材料公司和 IBM 發(fā)展歷程，不斷整合并購，增技術集中度，另國產晶圓廠或 IDM 廠商也可并購相關技術，建純自主產線；應材料公司認為，晶圓廠許多區(qū)域部署中最耗時的素之一，由于每晶圓廠情況不同從一個工廠到另個工廠需要大量制，需要 6~12 個月的時間，同時半導體自動系統(tǒng)數(shù)據(jù)時常會留在具有各自集方法的不同 CIM 的應用程序中，其 SmartFactory CIM 方案就是解決了這些問題值得國內借鑒；[36]融資潮過后，國內涌現(xiàn)大量 CIM 企業(yè)，但切忌浮躁，半導領域投資邏輯與統(tǒng)大多行業(yè)不同整體回收期較長且 CIM 領域更為看重經(jīng)驗積，此前部分國產商曾坦言，前期 2~3 年產品銷售困難，不過一撐過這段時期，踏實地地迭代產和積累口碑，客信任度便會迎來顯上升，是值得局的長線生意。然國產 CIM 格局已初步形成但不得不承認現(xiàn)國產與國外仍有距。目前，中國業(yè)軟件發(fā)展已迎政策窗口期 [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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