【芯视野】试错不易突破难 国产半导体CIM艰难生长

集微网报道（文/王丽英 李映）近日，网传国内代工大厂暂停半导体CIM（计算机集成制造系统）国产化项目的消息引发业界广泛关注。

作为部署在半导体晶圆制造以及封测工厂内部的生命级软件系统，由多种工业软件组成的CIM门槛极高，在半导体行业中发挥着重要作用。尤其是其中最核心的MES（制造执行系统）软件，国内的最大挑战在于如何走出“死循环”，解决缺乏足够的试错与产品迭代问题。

行业人士指出，国内CIM的发展，仅靠第三方软件厂商独立完成任务远远不够，需要Fab厂有多元供应的“备胎”意识，配合大量磨合验证工作。而CIM作为一个庞大系统，国内厂商须发挥各自优势、携手努力，合力实现该领域的国产替代。

至关重要的软件“高地”

工业软件分为四大类别：研发设计类、生产制造类、经营管理类、运维服务类。其中，研发设计类软件开发技术门槛最高，例如EDA、CAD、CAM等软件；生产控制类软件，主要用于提高企业产品质量和生产制造的能力，例如MES、SCADA、DCS等软件；经营管理类软件，主要用于提升企业的管理水平和运营效率，例如ERP、CRM软件；运维服务类软件，包括数据采集监控类软件等。

半导体CIM系统包括多种工业软件，是半导体制造的生命级系统，例如，制造执行系统（MES）、设备控制平台（EAP）、配方管理系统（RMS）、良率管理系统（YMS）等数十种软件系统，拥有很高的准入门槛。

过去几十年来，在摩尔定律的指引下，芯片的集成度越来越高，半导体制造的复杂度也随之提升，晶圆尺寸从4英寸、6英寸、8英寸到12英寸，尺寸越来越大，工艺线程越来越小，‌晶圆厂的工序翻倍增长，多到上千道工序，生产制造从人工、半自动到全自动，智能化程度越来越高，这些都对半导体领域的工业软件提出了更高要求。

在芯享科技董事长沈聪聪看来，半导体CIM大规模应用正是因12英寸厂的兴起而带动的，相比8英寸厂，12英寸厂由于制程复杂性自动化程度高，对CIM的依赖也越来越大，目前国外成熟的代工厂大约99%以上的执行和决策都依赖于CIM系统。

“例如，海力士无锡工厂是其全球月产能最高的工厂，月产能为20万片，年产值接近300亿美元，却只有180个工人三班倒，这是CIM生态发挥巨大效用的标杆。”沈聪聪告诉集微网。

同时，由于涉及到众多环节，开发CIM需要非常深厚的积累和沉淀，既需要对半导体行业有深刻的认知，也需要具有工业软件领域的基础。

埃克斯工业CEO李杰认为,半导体是一个需要长期积累的产业，工业软件也是一个需要长期积累的行业，二者的结合——半导体CIM系统则更是难上加难，这一领域的软件开发已成为工业软件中极具挑战的“高地”。

SEMI数据显示，2022年有75个正在进行的晶圆厂建设项目，计划在2023年建设62个。2022年有28个新的量产晶圆厂开始建设，其中包括23个12英寸晶圆厂和5个8英寸及以下晶圆厂。在晶圆厂的总投资成本中，CIM系统大概占比5-8%，后续的服务和技术支持费用也不是小数。因此，这一轮代工扩建潮将进一步催生CIM系统的市场需求。

国产化亟待突破

在半导体领域的工业软件中，EDA无疑已得到业界共识，作为芯片之母，重要性不言而喻。相比EDA，12英寸晶圆厂CIM系统对于芯片制造的重要性同样不容产业忽视。

技术门槛高、市场试用难，整体来看这一领域基本由国外厂商垄断，他们也占据了国内绝大部分市场份额。

从CIM市场格局来看，主要有两大流派，一是以美系为起始点的，还包括日本、中国台湾、新加坡的衍生系，主导厂商以应用材料、IBM等为主,目前大陆很多代工厂采用了美系厂商产品。二是韩系体系，例如，三星、SK海力士所扶持的几家企业。

近几年来，随着国产替代呼声渐高，中国厂商逐渐走上这一舞台，例如上扬软件、芯享科技、埃克斯工业、泰治科技、赛美特、哥瑞利、铠铂科技等，分别推出了面向细分市场的产品。国内厂商的多点进击也受到了行业的高度关注，引发了资本纷纷进入国产CIM领域。

去年，上扬软件在获得哈勃投资后，又完成数亿元以大基金二期领投的C轮融资，最近铠铂科技和芯享科技先后宣布完成近亿元、数亿元的A轮融资，显示了这一领域火热的发展前景。

但像半导体领域的很多环节一样，CIM系统的国产化相对来说仍处于长征之中。创道投资咨询总经理步日欣指出，国内的CIM还处于草创阶段，特别在12英寸产线领域，基本还处于单点尝试性突破阶段，或者方案阶段，技术和方案成熟度还距离国际大厂很远。

随着国际环境日趋复杂，CIM面临潜在的制裁风险不得不警惕。

沈聪聪指出，CIM受制于人的风险在于，一方面是数据安全的问题，如果要打压，不排除被信息安全攻击的可能性，可能直接通过后门就能造成停工停厂的巨大损失。据悉台积电某年一座代工厂因黑客攻击停工一天的损失就高达3亿美元。另一方面，12英寸复杂工艺流程都是通过CIM来执行的，随着工艺的不断升级，如果国外直接禁止CIM的迭代，那意味着高端芯片将难以制造出来。

可以说，卡住CIM则相当于扼住了半导体制造的“咽喉”，国产化之路已然迫在眉睫。

MES成重中之重

对于代工厂来说，无疑CIM的实现难度与产线的工艺流程复杂度、产线控制精度、质量控制要求强相关。

李杰指出，从8英寸到12英寸，产线设备更多、工艺更复杂、生产决策时间更短，对CIM系统的底层架构以及系统自身功能性、稳定性、可靠性要求更高，因此12英寸CIM系统的开发难度和技术门槛也大幅提升。既要掌握前沿技术、具备极高的软件开发能力，还要具有极深的行业knowhow以实现系统和芯片产线需求匹配。制造执行系统（MES）的开发和各个系统整合最具挑战性。

沈聪聪也认为，CIM代表的是一个生态，有不同的软件体系，难度也不尽相同，但核心和底盘是MES，相当于中枢神经，MES的水准决定了整个代工厂的发展水平，成本约占CIM系统的15%，而且要不断的迭代升级。

“如果代工厂一台设备出问题了，不足以造成巨大的损失，但如果MES出问题了，千亿元级别的代工厂投资有可能就会打了水漂。”沈聪聪强调了其重要性。

石溪资本合伙人高峰向集微网坦言，MES难就难在应用场景太复杂，同时试错成本太高。

“一方面，要开发MES系统需要有实战经验的人做软件，纯软件人才还远远不够。作为晶圆厂的基础设施软件，一旦启用就不能更换，对稳定性要求甚高，一旦出问题后果将很严重，这让晶圆厂商在采购国内企业的产品时就更多了一层顾虑。另一方面，尽管MES售价不菲，但相比晶圆厂的巨额硬件投资，这些软件成本占比相对较小，所以晶圆厂宁愿多花点钱采购国外大厂的产品，没有足够的试错与产品迭代，是国内MES产品推进的最大挑战。因为怕国外对关键软件MES的使用限制，国产化势在必行。”高峰表示。

沈聪聪也表达了类似的看法，他认为国内发展MES最大的挑战就是如何走出一个死循环难点，一方面，代工厂需要成熟的MES，它的关键点在于有多年积累的know how，因为12英寸代工制造涉及上千道制程工艺，都需要MES管理和进行稳定的执行和控制，可谓牵一发而动全身。另一方面，MES系统要走通对于制程的理解、对工艺流程的把控，需要大量的实践经验和积累。

“但先进的12英寸代工厂不可能让国产MES去做小白鼠去磨经验，因这个代价太大了，但不经过磨炼，MES的能力就很难提升。”沈聪聪说。

面对这些挑战，沈聪聪认为，这显然需要较长的时间积累。从长期来看，一方面要着重信息安全，有意识地在信息安全方面逐渐加强。另一方面，如果将MES当成底盘，那么上层的很多功能应用其实是可以外挂的，甚至很多功能国外厂商也不擅长，这方面国内厂商就有更多机会。

国内厂商的持久战

尽管国内厂商这几年在产品推进上已取得了不错的进展，例如8英寸CIM软件，但在12英寸产线领域，技术和方案成熟度还距离国际大厂很远。

面对国外巨头在高端市场的压制，国内厂商如何实现突破？

沈聪聪表示，一是要与客户的需求与创新做好对接，不断适配和提升，为客户创造价值；二是学习国外厂商的长处，为我所用，再设法进一步从局部进行迭代和优化。

“封装领域的CIM系统，国内厂商基本占据主流了，这也说明国外厂商CIM不是不可替代的，只是业界要有耐心。”沈聪聪对此乐观表示。

对于CIM的国产化之路，沈聪聪认为一定要坚持持久战，不同阶段采取不同策略。第一阶段是敌强我弱，因此应该尽量避免打正面战，建立根据地，形成反包围。第二阶段是共存的阶段，例如，国内厂商在某个方面比较突出，国外厂商在某个方面暂时难以撼动，形成“你中有我中有你”的相互共存模式。第三阶段，凭借后发优势，不断积聚自己的力量，实力提升到一定级别时，则可进入战略反攻阶段，但这需要更充分的耐心和信心，而且要保持开放合作的心态稳中求进，要以五年甚至十年为目标。

李杰则表示，半导体CIM是一个庞大的系统，要实现国产替代，国内厂商须发挥各自优势、携手共同努力,有的厂商主攻MES，有的厂商专注生产调度、良率提升等专业领域功能模块，像埃克斯工业就结合自身在工业系统建模、大数据技术、AI算法等方面的技术优势，专注MES以外的信息化和智能化系统。这有点像攀登喜马拉雅山，有人去攻克珠穆拉玛峰，有人则从小的山峰攀爬，而最终大家合力实现登顶，才能真正实现半导体CIM系统的国产替代。

“由于晶圆制造环节的专业性，要实现国产替代，仅靠第三方软件厂商独立完成任务还远远不够，需要Fab厂配合，大量磨合验证、并且不断迭代升级，才能保证产品的成熟度。这就要求整个产业链尤其是Fab厂要具有避免被‘卡脖子’的意识，要有‘备胎’意识，多元供应商意识，扶持本土的CIM厂商崛起，有关部门或许也要给与相应的政策指导。”步日欣对此强调说。

正所谓“产业链上下游通力合作”“集中优势力量办大事”，对于半导体CIM系统的国产化推进，这一点或许尤为重要。

(校对/张轶群)