半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)是人類(lèi)迄今為止掌握的工業(yè)技術(shù)難度最高、制程最復(fù)雜的制造業(yè)，被譽(yù)為先進(jìn)制造“皇冠上的明珠”。手機(jī)、電飯煲、汽車(chē)、電視、冰箱、存儲(chǔ)器、醫(yī)療設(shè)備……從來(lái)沒(méi)有一個(gè)行業(yè)像芯片這樣卡住如此多的下游產(chǎn)業(yè)，芯片可說(shuō)是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)底座。
過(guò)去十幾年來(lái)，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)保持著高速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，但同時(shí)也面臨前所未有的挑戰(zhàn)。一方面，隨著下游需求的升級(jí)，芯片制造工藝制程復(fù)雜程度不斷提高。另一方面，芯片制造企業(yè)數(shù)量增多加之產(chǎn)能不斷擴(kuò)張，芯片行業(yè)也面臨著供需失衡和產(chǎn)能過(guò)剩等挑戰(zhàn)。
這些都對(duì)芯片制造企業(yè)的生產(chǎn)管理、工藝控制等提出了更高的要求。生產(chǎn)制造系統(tǒng)的智能化、精細(xì)化程度，無(wú)疑成為芯片制造企業(yè)強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵之舉。
長(zhǎng)期專(zhuān)注發(fā)展半導(dǎo)體行業(yè)的智能制造軟件系統(tǒng)服務(wù)的杭州銀湖冠天智能科技有限公司（下稱(chēng)：“冠天智能”），以研華IoT Edge， AIFS作為規(guī)模化平臺(tái)，專(zhuān)注半導(dǎo)體行業(yè)EAP設(shè)備自動(dòng)化方案，聚焦遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)（RCS）、自動(dòng)派工（ADP）、工業(yè)流程機(jī)器人（RPA），以及視覺(jué)檢測(cè)（AGI）、IoT物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)品及其應(yīng)用方案，全面助力半導(dǎo)體企業(yè)智能化發(fā)展進(jìn)程。
數(shù)據(jù)也被“卡脖子”數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代大變革，各行各業(yè)需要的計(jì)算、存儲(chǔ)底層依賴于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，但如前所述，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展亦存在諸多瓶頸。比如，半導(dǎo)體游設(shè)備、半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體零部件、半導(dǎo)體行業(yè)人才都被“卡脖子”。“這些確實(shí)都是半導(dǎo)體制造行業(yè)的共性難題，但還有更重要的，就是數(shù)據(jù)。”冠天智能董事長(zhǎng)汪俊宇舉例說(shuō)，“比如一名廚師，他擁有的廚具、食材等與五星級(jí)大廚相同，卻依然無(wú)法烹飪出五星級(jí)大廚料理的味道，為什么？因?yàn)槲逍羌?jí)大廚掌握了更多的發(fā)揮食材美味的火候參數(shù)。汪俊宇說(shuō)，半導(dǎo)體行業(yè)也一樣，除了擁有相關(guān)設(shè)備、材料等基礎(chǔ)，還需掌握能提高良率與水平的“生產(chǎn)參數(shù)”。這些“生產(chǎn)參數(shù)”來(lái)源于整個(gè)制造流程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，并加以綜合分析得到，一套較成熟的“生產(chǎn)參數(shù)”一般需要生產(chǎn)企業(yè)數(shù)十年的半導(dǎo)體生產(chǎn)制程經(jīng)驗(yàn)積累。他進(jìn)一步分析指出，半導(dǎo)體行業(yè)工藝復(fù)雜、設(shè)備數(shù)量多，整個(gè)制造流程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)采集耗時(shí)費(fèi)力，各個(gè)數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)中獨(dú)立存在，難以打通聯(lián)動(dòng)并進(jìn)行綜合分析。與此同時(shí)，設(shè)備種類(lèi)多、以進(jìn)口設(shè)備為主，各種設(shè)備的軟件接口開(kāi)放程度不一樣，對(duì)于不同產(chǎn)線、大量機(jī)臺(tái)的集中管理與遠(yuǎn)程控制充滿挑戰(zhàn)。
半導(dǎo)體無(wú)疑是個(gè)數(shù)據(jù)密集型的產(chǎn)業(yè)。公開(kāi)資料顯示，要制造一顆芯片，需要涉及到五十多個(gè)行業(yè)，2000-5000道工序。紛繁復(fù)雜的制造步驟下，所有的生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和機(jī)器狀態(tài)數(shù)據(jù)都由EAP系統(tǒng)采集，然后傳輸?shù)組ES等相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此，大量的設(shè)備需要通過(guò)SECS/GEM協(xié)議與EAP系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。
冠天智能則提供基于SECS/GEM標(biāo)準(zhǔn)的集成平臺(tái)，提供靈活高的二次開(kāi)發(fā)接口，可使用戶在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)備與主機(jī)間的通訊，從而對(duì)生產(chǎn)線上的所有機(jī)臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化。
“半導(dǎo)體行業(yè)不僅是重資產(chǎn)投入，其制程復(fù)雜度高，在高精度、復(fù)雜參數(shù)及嚴(yán)格環(huán)境條件之下，上千道工序的每一個(gè)環(huán)境參數(shù)都可能是變因。” 汪俊宇說(shuō)，海量數(shù)據(jù)因而產(chǎn)生，但想達(dá)到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策的階段，還有很大的成長(zhǎng)空間。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)處在沖刺的階段，對(duì)于能改善良率提升產(chǎn)能的方案，冠天智能很愿意投入資源。
攜手合作 有了“最強(qiáng)大腦”加持
大量的半導(dǎo)體制造數(shù)據(jù)有待采集處理、分析利用和價(jià)值挖掘，這正是研華與冠天智能過(guò)去一年多來(lái)攜手合作的核心方向。據(jù)介紹，雙方的合作主要是基于兩個(gè)領(lǐng)域：
01、IoT Edge作為物聯(lián)網(wǎng)邊緣“小腦”
一是，在邊緣層通過(guò)IoT Edge協(xié)議插件化支持，把整合冠天智能在半導(dǎo)體行業(yè)的SECS/GEM協(xié)議，發(fā)揮Edge端邊緣運(yùn)算的能力。
IoT Edge作為物聯(lián)網(wǎng)邊緣“小腦”，在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的邊緣側(cè)，包含云服務(wù)、邊緣運(yùn)算軟件、邊緣模塊應(yīng)用，將云端能力快速拓展至邊緣，提供數(shù)據(jù)采集、低時(shí)延自治、云邊協(xié)同、邊緣計(jì)算等能力，作為數(shù)據(jù)源切入點(diǎn)，解決客戶對(duì)設(shè)備上云、本地計(jì)算、數(shù)據(jù)預(yù)處理等訴求。
“IoT Edge也支持通用工業(yè)協(xié)議，這樣邊緣端就可以提供完整的采集方案，IoT Edge具備高性能的數(shù)據(jù)處理能力，把邊緣設(shè)備采集數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)到平臺(tái)做運(yùn)算。”冠天智能科技總經(jīng)理吳芳梅介紹。
研華科技智能工廠事業(yè)部行業(yè)開(kāi)發(fā)經(jīng)理杜明哲介紹說(shuō)，基于IoT Edge插件化的服務(wù)，進(jìn)行SECS/GEM協(xié)議的整合，這樣向下可以連接半導(dǎo)體支持SECS/GEM的設(shè)備，同時(shí)IoT Edge自身的協(xié)議支持，完成半導(dǎo)體非SECS/GEM的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，向上可以通過(guò)統(tǒng)一的協(xié)議到客戶的EAP或者冠天智能的EAP，同時(shí)也支持到研華私有云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。
02、AI規(guī)模化應(yīng)用
其二，通過(guò)研華工業(yè)云平臺(tái) AIFS人工智能框架服務(wù)，與冠天智能在半導(dǎo)體行業(yè)影像判斷的算法結(jié)合，形成AI AOI的解決方案，提升檢測(cè)效率，大幅度降低誤判，應(yīng)用在晶圓檢測(cè)以及下游產(chǎn)業(yè)。
冠天智能則以AIFS為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)AI規(guī)模化應(yīng)用，直接將冠天智能在半導(dǎo)體行業(yè)影像判斷的算法導(dǎo)入AIFS 執(zhí)行，產(chǎn)生了不錯(cuò)成效。
舉例而言，良率是半導(dǎo)體行業(yè)的“生命線”，但是目前大部分半導(dǎo)體工廠的品質(zhì)監(jiān)測(cè)往往采用人工目檢方式。人員利用顯微鏡在不同的倍率下執(zhí)行抽檢或全檢，存在效率低下、人員視力疲憊、缺陷漏檢、誤判率高等問(wèn)題，已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的檢測(cè)要求。
而采用研華與冠天智能的智能制造解決方案，人員可以遠(yuǎn)程控制AOI測(cè)試設(shè)備，機(jī)器通過(guò)攝像頭自動(dòng)掃描晶圓查出缺陷，供維修人員修整。
?“要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)采集、處理圖像，同時(shí)對(duì)晶圓的關(guān)鍵尺寸、表面3D形態(tài)、粗糙度，以及鐳射切割的槽寬、槽深等數(shù)據(jù)自動(dòng)測(cè)量，判斷什么是正常、什么是異常”，冠天智能行業(yè)經(jīng)理吳芳梅介紹，“這就需要RCS遠(yuǎn)程控制、RPA代操機(jī)器人和AGI圖像識(shí)別技術(shù)的綜合應(yīng)用。”
由此，AI識(shí)別的準(zhǔn)確率較傳統(tǒng)人工目檢更高，每片晶圓測(cè)量圖形數(shù)據(jù)的調(diào)查時(shí)間由之前的約10分鐘/片提升到5秒鐘/片，效率提升120倍。
“通過(guò)研華AIFS的服務(wù)，加上冠天在半導(dǎo)體行業(yè)的AI算法的整合，可以通過(guò)AIFS不斷訓(xùn)練來(lái)優(yōu)化算法，提升AOI設(shè)備檢測(cè)的優(yōu)化。”杜明哲說(shuō)。
汪俊宇介紹，半導(dǎo)體行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品占比并不高，不同工廠的設(shè)備使用、數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用軟件都不相同。在“客制化場(chǎng)景、定制化解決方案”的項(xiàng)目交付制服務(wù)模式中，絕大多數(shù)情況都是利用小部分標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品和大量人力資源進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。這樣一來(lái)，人力投入高，交付時(shí)間長(zhǎng)。
“長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，從項(xiàng)目化產(chǎn)品，到標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，再到產(chǎn)品平臺(tái)化是一條必走的路。” 汪俊宇表示，隨著經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不斷累積，一定會(huì)有行業(yè)普遍通用的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品誕生，“我們需要將標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的比例，從現(xiàn)在的不到30%，提升至50%以上。這也會(huì)為客戶和我們節(jié)約更多成本、創(chuàng)造更多利潤(rùn)。”
在他看來(lái)，為實(shí)現(xiàn)這樣的路徑，可以借助研華的“捷徑”——借用研華現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)和平臺(tái)，就不用“從0到1”做開(kāi)發(fā)。
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