冲刺12英寸晶圆厂MES系统 没有捷径可走

火热的半导体领域，光刻机、晶圆厂与芯片几乎无人不知。但要在晶圆厂顺利制造出芯片，除了光刻机不可或缺外，还有一位幕后英雄，就是半导体CIM（Computer Integrated Manufacturing，计算机集成制造）系统——部署在半导体生产工厂内的生命级软件系统，尤其是其中最重要的MES系统（Manufacturing Execution System，制造执行系统），如同晶圆厂的大脑一样，一旦出现问题，将导致产线数亿元的天价损失。可以说，卡住MES系统，也就扼住了半导体制造的“咽喉”。
                        
            不幸的是，像光刻机、EDA一样，半导体MES/CIM领域也是高度垄断，发展40年来，全球市场主要由IBM、应用材料、三星、海力士等国外几大巨头把持。2000年之后，随着国内半导体制造业的逐渐兴起，半导体MES/CIM领域开始出现国内企业身影，尤其是2015年后，国产替代需求被激发，发展国产化MES/CIM成为业界共识，一时之间，资本、新创企业纷纷涌入这一赛道，想“抄来即用弯道超车”的有，想“并购融资赚快钱”的也有，这让本来只顾埋头苦干的MES/CIM从业中人也开始无所适从。
            或许，是时候厘一下这个赛道的过去、现在和未来，从而更坚定走下去的步伐。
            工业软件的“高地”  半导体制造的“大脑”
            半导体CIM系统就是半导体领域工业软件的统称，一套CIM系统包括多个模块，十几个子系统，例如：生产执行系统 MES、设备自动化 EAP、先进制程控制 APC、实时调度排产系统 RTD 等数十种软件。
            作为半导体工厂的制造运营软件，CIM系统与半导体制造的发展相伴而生。
            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，工艺制程越来越小，‌晶圆厂的工序翻倍增长，生产制造从人工、半自动到全自动，自动化、智能化程度越来越高，这些都对半导体领域的工业软件带来更高的要求。
                        
            国内最早研发出半导体MES系统的上扬软件创始人吕凌志指出，晶圆厂有5大要素：人、机、料、法（工艺制程）、环（环境），CIM系统就是要管理协调这些要素，使整个晶圆厂的制造过程能顺利执行。而在一套CIM系统中，MES是其中最核心最基础的软件，它好比整个产线的大脑，要管理IC制造中的数百到上千道流程，要保证设备线、材料线、工艺参数线的正常运营，还要能根据实际运营情况自动做出调整，实现最优生产。
            “工厂每天产生几亿个transaction数据，作为管理和决策者，MES系统不能出现任何卡顿和错误，一旦卡顿，导致产线废片，那损失将高达千万甚至上亿元。”吕凌志告诉集微网。
            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——半导体工业软件MES/CIM系统则更是难上加难。正因为准入门槛高，开发迭代难，MES/CIM系统也被称为“制造环节的EDA”，这一领域的软件开发已成为工业软件中极具挑战的"高地"。
            高端市场巨头把持  夹缝中寻求突围
            正是因为MES系统对于整个晶圆厂来说堪比大脑的重要属性，晶圆制造企业在投资建厂时选择供应商上就更趋严格保守。另外，从成本上看，一套MES软件系统约占晶圆厂总投资的1%，占比并不高，因此在投资动辄上百亿元的晶圆厂看来，宁愿多花点钱采购大厂的成熟系统。
            客户的采购试用更进一步推动产品迭代完善，这也造成了在半导体MES/CIM领域，大者恒大的发展惯势。过去几十年来，资源、市场逐渐向巨头汇集，垄断之势就此形成。
            目前，从全球CIM市场格局来看，主要有两大流派，一是以美系为起始点的，还包括日系、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；二是韩国体系，例如，三星、SK海力士。而在高端MES市场，主要由应用材料、IBM两巨头占据。其中，应用材料通过多次并购，将全球几家MES主要供应商收于旗下，凭借其完善的MES产品线以及自身在半导体设备领域的优势，其MES产品在各大晶圆厂商中获得广泛应用；而IBM则凭借自家晶圆制造的优势以及强大的软件研发实力，研发出自家MES系统，不仅应用于自身的晶圆制造工厂，也应用于格芯、台积电等代工厂内。
            反观国内市场，伴随着2000年《鼓励软件和集成电路产业发展的若干政策》（简称18号文）的发布，国家批准了一批集成电路产业化基地，半导体产业5英寸、6英寸晶圆制造项目纷纷落地，国内半导体CIM企业也就此开始兴起，在市场夹缝中寻求突围。
            上扬软件就是彼时最早进入这一领域的企业之一。
            2000年左右，绍兴华越微电子要上一条5英寸产线，当时购买了日本设备，但忘记采购MES系统，再去购买日本MES系统要100多万美元，负责人为此找到吕凌志。凭借之前在该领域多年的技术和人脉积累，吕凌志果断接下这个硬任务，组建团队攻关，最终满足了绍兴华越5英寸晶圆厂MES系统的需求，实现零的突破。在工厂产线的不断应用迭代下，这套系统后来又被用于上海新进半导体6英寸线，至今仍被客户延续使用，这是国内自主研发的用于晶圆厂生产的第一套MES系统。
            有了客户零的突破，上扬软件MES系统的迭代推进就变得顺畅起来。目前国内最大的6英寸产线士兰微24万片产线、中芯绍兴8英寸11万片产线，使用的都是上扬软件的MES系统。最近，在获得华为哈勃投资、大基金二期领投的C轮融资后，上扬软件正在全力推进其12英寸量产线MES系统的研发迭代。
            吕凌志表示，“MES这个行业就是需要积累，你不做4、5、6英寸就很难做出8英寸，8英寸没做出来，更做不了12英寸的系统。”
            据悉，目前我国在4-6英寸晶圆制造厂中MES软件已基本实现国产化，8英寸产线中超过80%的市场仍由外资占领，12英寸基本被外资垄断。
            工业软件特质  慢节奏熬出真功夫
            随着国内半导体制造工艺的推进，2015年后，MES/CIM等半导体领域的工业软件发展开始受到关注。后来的中兴、华为事件更像催化剂，推动着这一领域成为产业上下关注的风口。在资本和政策的助推下，这一领域涌现出多家国内企业，埃克斯、哥瑞利、芯享科技、铠铂科技、赛美特、泰治科技等，分别针对不同细分市场攻关发力。
            多年的冷门赛道一下子热起来，也出现了很多不同的做法和声音：有求快从国外买现成软件再包装的、有想用互联网思维跑马圈地快速超越的、有想并购融资赚快钱的......
            虽然赛道火热有助于产业做大，但在吕凌志看来，不能忘了做工业软件的初心，“这个领域不是说把老大打掉，老二就能变成老大，要看客户认不认可，而要赢得客户，就要有多年的经验和积累。这个领域没有捷径可走，不可能弯道超车，要有锲而不舍的精神，秉承坚定的长期主义者思维。”
            作为半导体制造领域的工业软件，MES/CIM摆脱不了“工业知识代码化”的本来面貌，慢，是这一领域的特有标签。从IBM、应用材料MES系统开发历程可见一斑。
            IBM的MES系统源于1995年推出的POSEIDEM系统，后基于此系统不断迭代开发出现在市场上普遍使用的SiView系统。应用材料的MES系统则要追溯到上世纪70年代，美国MES厂商Consilium（后被应用材料收购）开发出的CAM系统（MES的雏形）。可以看出，如今成就MES霸主地位的两大巨头，也都走过了数十年的开发、应用、迭代历程。
            “MES作为工业软件是工业管理、技术、工艺乃至原理等知识、经验、原则的表达。它与芯片、航发具有同样的性质。如果把MES仅仅看成一种软件，就象把芯片看成沙子一样可笑。”被客户戏称为老法师，在MES/CIM领域摸爬滚打20多年的吕凌志深知这一领域的生长法则。
            开发MES系统，以行业知识为中心的“工业知识”是决定MES价值的关键，作为晶圆厂生产现场管控的核心软件，MES对生产现场的建模、感知、优化、自动处理等是最重要的能力。
            工业软件的“工业”特性，也决定了从事工业软件开发的人才必须同时具备掌握工业知识的能力和将工业知识软件化的能力，这样的人才培养周期长，更是急不来。
            吕凌志认为，工业软件场景调研、技术架构、团队成长、业绩、客户应用等都必须从低端到高端、从研发到量产长期迭代，必须专注在自己的细分领域，拿出“板凳要坐十年冷”的态度来对待。“半导体工业软件不需要圈地封疆的快马，而更需要一步一个脚印、能穿越沙漠的骆驼。”他强调道。
            事不避难者进 冲刺12英寸量产线MES系统
            MES系统做出来是一回事，但能不能用到量产线上又是另一回事。其中，又以12英寸量产线为最难。
            吕凌志介绍说，相比8英寸，12英寸工厂由于设备多、工序多、自动化程度高，给MES的开发带来更多挑战。以5万片产能的产线为例，12英寸产线的数据量可达8英寸产线的5倍。数倍增长的复杂性注定了12英寸产线MES系统开发难度重重。最难的一点是，软件出现BUG是大概率的事件，但12英寸产线上如果因为软件BUG影响生产，那可是天大的灾难，对稳定性可靠性要求更是达到天花板级别。
                        
            据悉，目前国内厂商在12英寸MES系统上已能实现部分功能，但距离应用到量产线，还有相当长的距离。以上扬软件为例，应用于12英寸晶圆厂的MES产品myCIM，经过客户现场环境的不断试用迭代，目前已可以满足研发线、中试线等小批量产线和部分量产线的要求。比如，上扬软件承接了全球前三大图像传感器供应商之一豪威半导体12英寸晶圆厂CIM的开发实施项目。
            应用场景复杂试错难，过去几年，国产工业软件难免陷入“产品弱-客户唾弃-没有迭代-产品更弱”的死循环中。对于现在凭借以往经验积累和产品迭代获得的12英寸客户试用环境，吕凌志心怀感激，同时也如履薄冰：“客户投资1百多亿元的晶圆厂，如果因为你这不到1亿元的软件挂了，全厂停产，那是不可想象的，我也绝对承担不起这个责任。”
            但事不避难者进，12英寸产线MES的高难度更彰显了国产化推进的必要性。在目前国际形势下，MES受制于人的风险不能不让人担忧，一方面可能出现信息安全攻击问题，通过后门就能造成停工停厂的巨大损失；另一方面，12英寸产线国外CIM系统如被禁止迭代，将意味着国内高端芯片将难以制造出来。
            时下，在政策与资本的助推下，国产化MES/CIM可谓迎来了最好的发展时刻，有资金的大力支持，也有企业愿意提供试错环境。
            “目前，12英寸量产线MES项目推进上，我们已经跑过了一段路程。”吕凌志透露，“相比没有现场试用、闭门造车写PPT的团队，我们已经找到了问题所在，发现了真正的差距，剩下的就是放手一搏、全力冲刺。为此也已做好全面准备：充足的融资资金、有经验的团队、国内最好的客户试用环境。我们希望尽快实现0-1的突破，三五年内能与国际友商分庭抗礼。”
            “国产替代是契机，最终还是要走上市场化。”吕凌志强调指出，“只有把产品做好，服务做好，性能做上去，成本降下来，才能最终获得客户认可。”
            在半导体制造争夺已上升为各国战略高度的时下，MES/CIM已成为不可或缺的“保驾护航”利器。与半导体制造共进退的国产MES/CIM厂商，也将在硝烟弥漫的淬炼中稳扎稳打、尽快突围。