在芯片產(chǎn)業(yè)鏈中，國外壟斷的技術和品，不止光刻機，不止 EDA。芯片制造過程中必需的業(yè)軟件，也曾被國巨頭壟斷了將近 40 年，它就是芯片制造的大管家：CIM（Computer Integrated Manufacturing，計算機集成制造）掌控晶圓生產(chǎn)的大CIM 是掌控半導體制造的生命級系，被行業(yè)稱為制造大腦，可以簡單地它理解為制造相關業(yè)軟件的集合體。覆蓋了產(chǎn)品整個生周期 [1]，由 MES（生產(chǎn)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（故障偵測及分類）、RTS（FAB 實時調(diào)度排產(chǎn)系統(tǒng)）等數(shù)十種軟件統(tǒng)組成。[2]整個 CIM 系統(tǒng)中，MES 尤為重要，決定了整個代工廠發(fā)展水平，成本約 CIM 系統(tǒng)的 15%，一旦該系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將會導上億元的損失 [3]。MES 是指揮芯片制造的一套智經(jīng)營系統(tǒng)，包含產(chǎn)流定義、設備管理材料移動管理、制跟蹤與工藝數(shù)據(jù)管幾個部分 [4]。由于 MES 核心地位，行業(yè)通常在及 CIM 時連帶 MES，即 CIM / MES。說了這么多，CIM 究竟是做什么的？是統(tǒng)籌管理制造生流程，提升生產(chǎn)良和效率；二是實現(xiàn)動化的智能制造，助制造商快速部署統(tǒng)，增強在成本、量和生產(chǎn)周期上的爭。[5]造芯，是資本的游戲。一座圓廠拔地而起，是以百億美元計的投，當晶圓廠投入生，就如同每分每秒不停歇的印鈔機，運轉(zhuǎn)幾分就少賺幾錢。而一顆芯片要歷將近上千道制造序，任何環(huán)節(jié)都容得差錯。CIM 便是將這一切安排妥的管家，服務著生良率和效率，降低顆芯片的成本，從獲取更多利潤。[6]隨著半導體器件和制造工藝復雜性不增加，CIM 已成為半導體制造不可缺的一部分。傳統(tǒng)案通常是孤立或松連接的，并且難以展額外需求，而 CIM 則能夠?qū)⑦@一切集成起來 [7]。ITRS 2007 指出，半導體晶圓集成分為晶圓廠營、生產(chǎn)設備、材處理、晶圓廠信息控制系統(tǒng)及設施五部分，CIM 驅(qū)動的晶圓廠運營將會其他部分運作的推力。[8]1986 年東芝公司一項研究結果表明，使用 IC-CIM 技術生產(chǎn) 256kbyte DRAM 存儲器電路，能夠改四項生產(chǎn)制造指標[9]1986 年東芝的研究結果 [9]另據(jù)一些公司統(tǒng)計，在 CIM 投入使用一年后，設停機時間減少了 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(chǎn)品良率提高了 15%、生產(chǎn)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，效果越好。晶圓生產(chǎn)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，在未使用 CIM 系統(tǒng)情況下，始終會與生產(chǎn)目標相數(shù)億美元甚至數(shù)十美元，這意味著這分的資金回收期會延長，而越早地使 CIM，這部分資金越早能被回收。[11]“S 曲線”，展示了生產(chǎn)目標綠線）與實際生產(chǎn)況（橙線），以及現(xiàn)產(chǎn)能和良率目標臨的各種障礙（灰橢圓）[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，不單單只半導體行業(yè)需要 CIM，任何需要智能制造的場景，都存它的身影，諸如制、食品和飲料、醫(yī)設備、航空航天、防和生物技術等，它也曾一度帶領半體格局生變。20 世紀 80 年代初，美國經(jīng)濟危機波全社會，電子產(chǎn)品不例外。雖然美國導體在技術開發(fā)領依然強勢，但自己品的占有率卻越來低，索尼與松下等本企業(yè)開始主導存市場，并將微處理作為下一發(fā)展目標時間來到 90 年代中期，短短十幾，美國又重新拿回去的市場。拋開政和策略因素，SEMATECH（半導體制造技術聯(lián)合體）疑是引發(fā)嬗變的關點，它于 1988 年正式開始運作，由聯(lián)邦政府和 14 家大型半導體公司組成，包括 IBM、英特爾、摩托羅、德州儀器等行業(yè)頭 [12]。在每年 2 億美元加持下 [13]，美國的制造科學和半導工藝技術開始融合CIM 是當時發(fā)展中最關鍵的部分之。要知道，在當時典型可大批量生產(chǎn)先進制造設施總成超過 100 萬美元（相當于現(xiàn)在的十甚至上百億美元，更為困難的是，續(xù)數(shù)百個工藝中每步都有損失良率的險，當時的集成電制造工藝良率可低 20%~80%。[9]1991 年，SEMATECH 啟動了 CIM 框架項目，自那時，美國半導體制造迎來變革，在 CIM 加持下，芯片成品率獲得有效提升產(chǎn)品生產(chǎn)周期也得縮短，保證了產(chǎn)品量與性能 [14]。1998 年，SEMATECH 又開發(fā)了 CIM 框架規(guī)范，從而在半體行業(yè)實現(xiàn)了開放供應商 CIM 系統(tǒng)環(huán)境。[15]回望歷史，短短十幾前，晶圓廠運營還依靠工人推著小車親自按下啟動按鈕通過電子表格追蹤品，而現(xiàn)在晶圓生擁有了從設備整合據(jù)的能力，自動化實現(xiàn)物料搬送 [16]，CIM 無疑是讓智能制造邁向臺階的關鍵。當芯制造逐漸被國內(nèi)重和大力發(fā)展，CIM 的國產(chǎn)替代便顯得格外重要，但想做 CIM 并沒有想象中簡單。被兩家頭壟斷近 40 年CIM 準入門檻很高，被行業(yè)稱為工軟件中的高地。CIM 作為涵蓋晶圓生產(chǎn)所有環(huán)節(jié)的工業(yè)件，不僅需要開發(fā)擁有過硬的軟件實，還要對每個生產(chǎn)節(jié)了如指掌，并將者無縫銜接在一起更困難的是，半導制造領域還存在諸技術秘密（Know-how），若非資深行業(yè)人士，很難入該領域。此外，CIM 并非簡單地將軟件疊加在一起，是有機組合，通過不同廠商、不同晶廠高度定制，將原獨立運行的多個單系統(tǒng)組成一個協(xié)同作的、功能更強的系統(tǒng) [17][18]。與此同時，客戶可接受容錯率也低，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)并非易事。打個比來說，如果將晝夜休的半導體制造工看作高速行駛的飛，CIM 便是驅(qū)動飛機持續(xù)飛行的核引擎，要替換全新 CIM 系統(tǒng)，好比開著飛機換引擎。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，制造設、流程、工藝也都得更為復雜，假若種情況下 CIM 發(fā)生故障，將會是筆不小的損失，因，市場開始對 CIM 提出了更高的要求。[21]但就是這樣難做的行業(yè)，球市場卻說不上非大。據(jù) Technavio 數(shù)據(jù)顯示，2021 年~2026 年整個 CIM 市場（包含光伏制造、制藥、半體制造等）潛在市增長份額為 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，細分到半體的市場份額可能更少。更尷尬的是CIM 中核心的 MES 系統(tǒng)只占晶圓廠總投資的 1%，相比動輒上百億晶圓廠，很難引發(fā)行業(yè)重視，上游廠更偏向于使用成熟案以應對生產(chǎn)中各問題。[24]所幸的是，全球新建晶產(chǎn)能正在逐步增加特定客戶對 CIM 需求量增大。據(jù) SEMI《世界晶圓廠預測報告》顯示預計全球半導體行將在 2021 年~2023 年間開始建設的 84 座大規(guī)模芯片制造工中投資 5000 多億美元。[25]目前半導體 CIM 格局集中度較高，應用材料（Applied Materials）、IBM 并稱為半導體 CIM 雙雄，兩家公司壟斷市場將近 40 年之久。從發(fā)展歷史來看，兩家公的技術時間跨度也長。CIM 發(fā)展簡要歷史，制表丨果硬科技參考資料丨東西 [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全最先進的晶圓廠或 IDM 廠商，而二者發(fā)展側重點并不同。應用材料不僅 CIM 的絕對領導者，也是一家半體設備龍頭企業(yè)，過大量收購 CIM 先進企業(yè)后，該公司采取“軟件 + 硬件”捆綁銷售形，占據(jù)一方市場。IBM 則更偏向 AI 云網(wǎng)結合，通過不斷收購相關公司充技術能力，同時 IBM 還設有自家晶圓廠，可在自家圓廠試錯積攢經(jīng)驗[29]應用材料與 IBM 的 CIM 方案對比，制表丨果殼硬科技國產(chǎn)實現(xiàn)初步替代前兩，CIM 還是一個小眾賽道，僅擁有數(shù)幾個國產(chǎn)玩家，少被資本所青睞。國產(chǎn)替代呼聲響起加之 EDA、光刻機等典型卡脖子領關注度提升，帶動本對 CIM 關注度。2022 年下半年，投融資市場始活躍，其中不乏杉資本、高瓴資本華登國際、上汽集及旗下恒旭資本、亞迪股份、韋豪創(chuàng)等明星投資機構。產(chǎn) CIM 標志性融資事件不完全統(tǒng)，制表丨果殼硬科縱覽國內(nèi)整體行業(yè)均是以 MES 為核心的 CIM 方案，覆蓋制造各個節(jié)。此外，大多數(shù)產(chǎn)廠商選擇布局以伏、LED、平板顯示和半導體為核心泛半導體行業(yè)，并鋰電、新能源等更行業(yè)進發(fā)，以期更市場。據(jù)集微網(wǎng)文顯示，目前，封裝域的 CIM 系統(tǒng)基本已被國產(chǎn)廠商攬，而這充分說明外的產(chǎn)品并非不可代，只是要有耐心而在傳統(tǒng)卡脖子的 12 英寸 MES 方面，近兩年國內(nèi)也已實現(xiàn)初步突破[24]國產(chǎn)主要 CIM 廠商情況，制表丨果殼硬科技考資料丨公司官網(wǎng)芯智訊 [30]、36 氪 [19][31]、集微網(wǎng) [32]、投資界 [33][34]基于國產(chǎn)現(xiàn)狀，果殼科技團隊認為：雖 CIM 市場規(guī)模不及實體芯片產(chǎn)業(yè)但在特定客戶需求晶圓產(chǎn)能持續(xù)擴張提下，也擁較為廣的利潤空間，集微詢信息顯示，國內(nèi)建大硅片廠 12 英寸硅片產(chǎn)能超 6000 萬片 / 年 [35]，對國產(chǎn) CIM 來說，與上游晶圓廠聯(lián)合義重大，此外，泛導體不同子行業(yè)間有一定相通性，國廠商應抓住這樣的遇；地緣因素影響，CIM 補足自主產(chǎn)業(yè)鏈意義重大，以把它理解成光刻與光刻膠的關系，便研發(fā)難度大且投回收期長，也要擁國產(chǎn)自主可控產(chǎn)品更何況 CIM 還處在工業(yè)軟件領域可能還會牽扯到信安全方面問題；迄為止，國內(nèi)已不缺半導體 CIM 廠商，但對于投資巨的晶圓廠來說，嘗使用新產(chǎn)品，無疑一次試錯冒險 [29]，這也是為何應用材料公司和 IBM 能穩(wěn)坐龍頭之位，鑒于以往，國產(chǎn)游廠商需警惕 CIM 供應商過于單一的情況，可嘗試采國內(nèi)外雙線策略，至可嘗試多元供應的策略；雖然國內(nèi)初步實現(xiàn)國產(chǎn)替代但相比國外巨頭技依然存在差距，為寬國產(chǎn) 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，增強技術中度，另外國產(chǎn)晶廠或 IDM 廠商也可并購相關技術建立純自主產(chǎn)線；用材料公司認為，晶圓廠許多區(qū)域是署中最耗時的因素一，由于每個晶圓情況不同，從一個廠到另一個工廠需大量定制，需要 6~12 個月的時間，同時半導體自動系統(tǒng)數(shù)據(jù)時常會駐在具有各自集成方的不同 CIM 的應用程序中，其 SmartFactory CIM 方案就是解決了這些問，值得國內(nèi)借鑒；[36]融資潮過后，國內(nèi)涌現(xiàn)大量 CIM 企業(yè)，但切忌浮躁，半導體領域投邏輯與傳統(tǒng)大多行不同，整體回收期長，且 CIM 領域更為看重經(jīng)驗積，此前部分國產(chǎn)廠曾坦言，前期 2~3 年產(chǎn)品銷售困難，不過一旦撐過這時期，腳踏實地地代產(chǎn)品和積累口碑客戶信任度便會迎明顯上升，是值得局的長線生意。雖國產(chǎn) CIM 格局已初步形成，但不不承認現(xiàn)在國產(chǎn)與外仍有差距。目前中國工業(yè)軟件發(fā)展迎來政策窗口期 [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，馮辛安，等. 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