隨著自動駕駛、人工智能等產業對芯片的需求不斷增加，整個半導體行業正迎來“黃金十年”，半導體生產制造所需的軟件系統也變得愈發重要。
今天上午，根據來自新浪科技的獨家消息，中芯國際在北京新建的12英寸晶圓廠CIM國產化項目于近期被迫暫停，原因是該項目技術承包方上揚軟件無法完成中芯國際的半導體CIM軟件國產化需求，最終導致項目暫停。
該爆料顯示，上揚軟件負責該項目實施的上百人團隊已經全部撤離中芯國際北京辦公地，回到原來的工作地點，且多位負責該項目研發的高級別技術人員已經離職。截至目前，中芯國際方面尚未對相關事宜進行公示或回應。
但在今天下午，上揚軟件的相關負責人則首先出面澄清：“首先，中芯國際北京項目并未暫停，上揚團隊仍然在為其進行軟件開發，由于疫情反復，項目由集中開發改為遠程開發，這樣的方式既能解決疫情對晶圓廠的影響，也能提高效率完成客戶的開發需求。此外，目前項目負責人及團隊穩定，相關項目人員并未出現離職現象，且仍堅守崗位，為該項目盡心盡責。”
據了解，在去年2月時，中芯國際與國家大基金在北京聯合投資建設了中芯京城12英寸項目，總投資約為497億元，共分兩期建設，一期項目計劃于2024年完工，建設規模約為24萬平方米，包含FAB3P1生產廠房及配套建筑、構筑物等，建成后將達成每月約10萬片12英寸晶圓產能。
在12英寸項目之前，上揚軟件與中芯國際已經有過接觸，雙方曾在8寸芯片產線CIM系統的開發和建設項目上進行過合作。合作期間，上揚軟件甚至為中芯國際在北京建立了一個研發中心，在人力方面，上揚先后投資了100余人。
自1999年成立以來，總部位于上海的上揚軟件一直在半導體、光伏和LED等行業深耕，目前已在國內外多地建立起分支結構，員工人數近300人，技術人員占比高達90%。
在2021年期間，上揚軟件先后完成了數億元的C1、C2輪融資，其中就包括國家集成電路產業投資基金、哈勃資本（華為）、中芯聚源等半導體企業，融資主要用于產品的研發，即12寸半導體量產線的CIM系統myCIM 4.0。
晶圓生產制造的“中樞大腦”
在過去的十幾年中，我國的芯片產業持續高速成長，產值年均復合增長率達19.2%，遠高于全球4.5%的增長率，取得的一系列成就更是有目共睹，但在高增長之外，我國芯片的進口比例特別是高端芯片對外依賴程度依舊處在較高水平。
若想在未來突破這種局面，我國不僅要在芯片設計、半導體材料、生產工藝等方面持續突破，更要在晶圓廠的生產制造系統方面進行迭代升級。隨著國內晶圓廠的持續擴張建廠，支撐其生產制造全流程的“生命級軟件”——CIM系統，已成為晶圓廠乃至整個產業鏈競爭優勢的關鍵。
作為晶圓廠生產制造的“中樞大腦”，CIM系統（Computer Integrated Manu-facturing，計算機集成制造）是部署在半導體晶圓制造及先進封測工廠內部的生命級軟件系統，其作用是用計算機軟件把整個制造過程集成在一起。通常來說，CIM系統集成了制造執行系統MES、設備管理系統EAP、統計過程控制SPC、配方管理系統RMS、先進過程控制APC、實時調度排產系統APS、故障偵測及分類FDC、良率管理系統YMS系統等一系列關鍵系統，貫穿芯片生產的生產執行、生產運營和生產控制等關鍵環節，并對設備和工廠人員進行管控。如果沒有CIM系統，則無法有效組織大規模的生產活動，CIM系統的先進程度也將直接影響生產效率、良率控制、半導體企業的訂單能力和議價能力，進而影響半導體企業的市場競爭力。
對于晶圓和封測廠商來說，最關注的核心指標莫過于產能和良率，這與企業的營收利潤息息相關。但隨著工藝升級和產能加大，影響核心指標的環節和因素越來越多，各環節之間的關聯性、復雜性也在不斷提升，廠商多年積累的經驗面臨著低效和失效的風險。
以芯片產線為例，其生產制造的復雜程度幾乎呈現出幾何級的增長，流程也在不斷延長。當晶圓從8英寸升級至12英寸，背后的技術難度則大幅提升，在12英寸晶圓制造的過程中，每一片晶圓都需要在成百上千臺機器設備之間進行流轉，前前后后加起來可多達1000余道工藝。而面對如此復雜的流程，在每個關鍵環節都需要進行嚴格把控，任何環節出現問題都會影響最終的良率和芯片，也正是因為這個原因，使得CIM系統必須持續升級迭代，才能滿足和支撐行業的快速成長。
國產替代不能重“硬”輕“軟”
軟件是智能的載體，工業軟件更是智能制造的關鍵一環，在高端制造領域是不可或缺的基礎性工具，但在半導體產業發展的數十年里，卻一直存在著“重硬輕軟”的現象，這也是制約我國晶圓廠搶占中高端市場的重要因素之一。
與芯片一樣，在類似半導體生產管理的軟件領域，也基本上被外國企業所壟斷，國外企業開發的軟件也更加成熟。上揚軟件公司董事長兼CEO 呂凌志博士曾經在接受采訪時說過，人們都說光刻機很重要，但是它如果停機，只影響某一道工藝的生產，可如果CIM系統停線宕機，將影響整個生產線的運營，因此一定要把軟件做得非常可靠。但在中國的12吋生產線上，目前使用的還多是國外的軟件，作為國內廠商我們自身必須實現突破。
2019年時，上揚軟件就成功推出myCIM 4.0系統，填補了12寸半導體產線CIM系統國產化的空白，上揚軟件也因此成為國內率先擁有自主知識產權的半導體全自動CIM軟件的公司。
不過，從工業軟件的發展歷史來看，歐美既是工業軟件的起源地，也是工業軟件最大的市場，對于半導體領域的工業軟件來說，則更需要時間上的積累，在一個個項目的實施過程中不斷完善。從這個角度來說，國外企業占據了時間和市場的“天時地利”。
對于國內廠商來說，現狀是目前4-6寸的晶圓制造廠已基本實現國產化，到了8寸晶圓廠就開始有差距，超過50%市場都是被外資占領，12寸則基本被外資壟斷。而之所以形成這樣的差異，是因為不同尺寸的晶圓生產過程并不相同，4-6寸主要是靠人力來實現設備之間的操作，8寸是半人工、半自動化，12寸則是全自動化，尺寸越大，對軟件的要求也越高。
隨著近年來始料未及的缺芯潮和建廠潮，越來越多的晶圓廠已開始意識到芯片生產制造相關軟件的重要性，“以柔克剛”成為解決問題的關鍵。如果半導體制造的軟件也像EDA軟件那樣被卡，那國內全自動化的12寸晶圓廠將難以開工。據呂凌志回憶，在他剛回國的時候，中芯國際、華虹都在用國外軟件，直到今天中芯國際的12英寸量產線和華宏量產線都還在用國外軟件。但是從去年起，中芯國際已經逐漸在寧波生產線、紹興生產線中使用國產的核心軟件。在我國半導體不斷面臨著打壓和封鎖的大環境下，半導體制造軟件的國產化替代將成為長期趨勢。
寫在最后
今年1月時，在國務院印發的《“十四五”數字經濟發展規劃》中就曾指出，要加快發展工業互聯網，培育壯大集成電路、人工智能等數字產業，加快集成適配和迭代優化，推動軟件產業做大做強，提升關鍵軟硬件技術創新和供給能力。
對于半導體生產制造領域來說，在實現自動化、信息化后，更具價值的則是充分調用制造中源源不斷地產生的數據資源，依據目前的工藝制程，一片芯片的生產工序至少需要經歷數百道甚至數千道工藝和數百臺設備，每臺設備僅運轉24小時就能產生TB級的海量生產數據。通過對這些數據進行分析和智能預測，將能夠實現全自動化控制，真正實現無人智能工廠。同時，這些寶貴的數據也是各類軟件朝著更全面的功能、更優異的性能發展的必要“養料”。
面對全球疫情反復和日益嚴峻的產業鏈安全挑戰，類似CIM系統等起到重要作用的軟件能否成功落地，不僅取決于軟件自身的技術實力和成熟度，還需要國內的軟件廠商具備豐富、全面的整體規劃設計與實施經驗，而這些都需要保持一種“長期主義”的工匠精神才能實現，把時間拉長來看，我們的機會還有很多。
參考資料：
1.《半導體行業迎來黃金十年，誰能幫國產晶圓廠搶占先機？》，新浪財經
