定鼎之战：半导体CIM系统的三次浪潮

            
             本文引语：年轻的大卫用石子战胜了巨人歌利亚，这是圣经当中一个经典的以弱胜强的故事。同样的案例，在发展多时的半导体CIM系统市场不断上演。谁能成为下一个“大卫”？
             风声鹤唳，草木皆兵。
             早在8月初，一则传闻引起了不小的轰动。消息称，中芯国际位于北京的12英寸（吋）晶圆厂CIM国产化项目被迫停摆，其原因是承包商技术不达标。当日下午，该公司紧急辟谣。
             CIM系统，素有半导体制造环节的 EDA之称，是半导体制造的生命级系统。
             上世纪90年代末，IBM抢占了CIM系统发展的先机，成为霸主；2000年后，美国应用材料（简称“应材”）崛起，形成了两大巨头IBM和应材垄断的市场局面；2015年以来，伴随国家政策红利，中国大陆涌现出了一批国产CIM厂商，包括赛特美、芯享等。2020年以来，国内CIM赛道的融资更是火热。
             纵观20多年风云变幻，行业发展的三个历史问题值得思考：
             20世纪90年代末，IBM如何迅速垄断CIM市场？
             美系韩系的其它厂商，如何虎口夺食，抢夺CIM市场的一席之地？
             在生死攸关之际，中国国产CIM厂商又该如何破局？
             本文将分为以下三个部分详细分析：
             1. CIM，晶圆制造环节的EDA
             2.  虎踞龙盘之势，天翻地覆之时
             3. 雄关漫道真如铁，而今迈步从头越
                          
             CIM，晶圆制造环节的EDA
             芯片法案后，美国断供EDA工具的消息曾在国内引起广泛讨论。CIM系统——制造环节的“EDA”，其重要性不言而喻。那么什么是半导体CIM系统？为何半导体CIM系统如此重要？
             半导体领域的工业软件统称为CIM系统。它借助计算机的控制与信息处理功能，帮助半导体工厂实现产品的自动化生产。简而言之，CIM系统就是半导体工厂里的总指挥官。
             半导体产业链环节多、周期长，CIM系统可以保证每一个环节的设备，都能按照要求来执行命令，每一个工艺的参数都没有偏差，每一个晶圆的缺陷都能有据可循，每一台设备都能被高效利用。
             这些环节的实现，得益于CIM的四个功能：对生产资料及人力资源的调配管理功能，编程、建模等设计功能，自动化制造功能及质量控制功能。这些功能由不同软件实现。
             CIM系统由制造执行系统（MES）、统计过程控制系统（SPC）、设备自动化方案（EAP）、配方管理系统（RMS）、良率管理系统（YMS）等数十种软件系统组成。如果说CIM是半导体工厂的指挥官，那么MES系统便是指挥官的“大脑”。
             CIM系统大致可以划分为三大类 ——“生产系统”，“设备系统”，“质量系统”。生产系统负责生产管理，以MES为代表；设备系统负责自动化及设备管理，其中EAP最具代表性。质量系统负责品质管理，如YMS。
             EAP通过与设备直接通信来控制设备，负责设备生产数据的采集。EAP将采集到的生产数据传送给EIS，将状态数据传送给 FDC。
             EIS接受数据然后保存，在采集的数据中，将重要数据传送至MES。
             MES利用EIS采集的数据，控制工厂内生产流程，进一步采集生产数据，将采集的数据用于营业、分析等。
             其它软件，也各司其职。YMS和QMS负责生产信息数据分析，SPC通过统计来管理生产活动中有无异常，以提高生产效率及质量。
                          
             随着芯片制程提升及晶圆代工技术迭代，12吋晶圆厂崛起，CIM系统市场应运而生。从6、8到12吋，良率及品控要求逐渐严格，自动化水平升级，借助CIM系统实现生产成为必然。
             从生产资料跟生产力的关系的角度来看，6吋的核心是“人”，或者说，是人为主，设备为辅；8吋的核心是“人+生产资料”，即两者的协同体；12吋的核心是设备，讲求高度自动化。
             8英寸以半自动厂为主，12英寸基本都是全自动。在一座12英寸晶圆厂中，每一片晶圆要在几百甚至上千台设备间流转往复，生产工序超过千道，任何一个环节出差错都会直接影响良率和效率。
             此外，半导体供应链具有生产环节繁多、高度协同等特点，对整个上下游产业链的数据传输效率、准确性等方面要求非常高。
             因此，CIM系统发挥着无可替代的作用。
             上世纪90年代开始，IBM敏锐地抓住了CIM发展的契机。1995年，IBM斥巨资35亿美元收购了莲花（Lotus）软件公司，依赖自己的技术积累，将各个部门合并，组成一个“软件集团”。
             95年，IBM 推出POSEIDEN，这是CIM体系化的开始，同时也是IBM迈出的第一步。
             99年，IBM再接再厉，基于POSEIDEN系统发布了SiView系统，随后，IBM将其用于自己的12英寸产线。
             世纪之交，中国台湾地区掀起12吋建厂潮。以台积电为首的一批厂商开启了晶圆代工的新纪元，从此晶圆制造产业链分工更加明确。
             IBM紧随时代潮流，将业务重心转移至东亚地区，从此深度绑定。IBM就这样再一次牢牢吃到了时代红利，SiView系统被台积电等厂商所采用。
             至此，IBM以强大的实力垄断CIM系统市场十多年。
             CIM软件是一个技术和经验结合的硬科技领域，不仅需要团队有扎实的技术积累和强大的研发能力，更需要具备丰富的行业知识和项目经验（know-how）。软件的成熟度往往与客户案例的数量和质量直接挂钩，具体体现在这款软件可用于多少条产线，能支撑多大量产能力，使用年限等。
             在这十余年内，IBM核心优势，除了IT能力，还有强悍的“know-how”。也正是凭借着这一点，IBM能始终保持其领先地位，让后进入者望而却步。
                          
             虎踞龙盘之势，天翻地覆之时
             在IBM崛起的同时，韩系CIM厂商也在抢占自己的一席之地。
             韩系CIM厂商崛起有两个背景，其一，在政治环境上，日本制裁、美国扶持；其二，人才引进上充分挖掘“周末工程师”的红利。
             在政治环境上，上世纪90年代，韩系CIM厂商同时面临着日本制裁和美国扶持。
             这一切要从美国产业转移说起，美国产业转移后，日企发展迅猛，同时美国产业空心化严重，很多的半导体巨头在与日企的竞争中处于劣势地位。
             当时，美国的半导体产业发展思路，是实现“全球一体化”，通俗来讲，美国希望拉拢“小弟”和“跟班”，实现美国的雄图壮志。日企和美国竞争，那美国自然愿意扶持韩国发展。
             韩国一开始只是做偏低端的封装。90 年代初，在“日本封锁”和“美国扶持”的双重环境下，韩国提出了“国产化”的概念，发展高端环节，得到美国的大力支持。
             95年，三星推出了本土第一套 CIM。97 年，海力士开始做自己的CIM。在CIM加持下，2000 年后，韩国公司几乎全都建成了12吋厂。
             在人才上，韩国积极引入大量日本人才，并通过“周末工程师”的方式进步迅速。
             人才永远是高新技术发展的核心动力。当时，韩国派出了大量的商业间谍、说客及猎头游说日本工程师。日本的工程师每个星期五晚上坐飞机飞到韩国，工作两天后，周日晚上飞回日本。渐渐地，在外来工程师的帮助下，韩国的半导体业有了质的飞跃。
             时间加速进入21世纪，这注定是一个不平凡的年代。大洋彼岸的美国，应用材料开启了与IBM的争霸之路。
                          
             首先，是近乎疯狂地收购。
             应用材料挑战IBM十几年，一直是被“摁”在地上摩擦的。1998年，应用材料收购了半导体MES公司Consilium。2006年，应用材料继续收购了另一家MES公司Brooks Software。这种近乎疯狂的收购，虽然让应材做到了世界第二的位置，但并没能让其占据最为关键的12吋市场。
             一切的转折点，是长江存储为应用材料提供12吋验证机遇。
             16年，应材拥有了第一个12吋案例——长江存储，并且非常成功。从此，IBM 开始节节败退。从目前市场份额而言，IBM在存量市场中依然占据优势，但增量市场却远低于应用材料。
             与此同时，中国半导体业迎来了政策红利，CIM产业趁势而起。
             上扬是中国CIM赛道的先驱，经过20多年的经验积累，逐渐具备了无可替代的优势。
             1999年，上扬创始人吕凌志从新加坡回国创业，成立上扬。上扬内部有很多海归，主要走自研的方向，在6吋和8吋市场具有很强的竞争力。依靠软件系统的不断创新及顽强的毅力，上扬实现了国产12吋晶圆生产CIM/MES软件的“零突破”。
             赛美特，则采取完全不同于上扬的“美式经营法”，通过“收购”实现“半导体国产化”。
             2020年，通过并购具有多年半导体行业经验的“上海特劢丝”和“固耀SEMI Integration”两家公司，赛美特成立。
             此前，赛美特收购了一家外资CIM厂商麦康（Miracom）中国区的产品线。但是，业内人士认为，该产品线在中国市场迭代不够。而在晶圆制造CIM系统领域，每两年就是一个小代，每四年就是一个大代，更新极快。
             在“卡脖子”恐慌传遍芯片产业链的背景下，半导体国产厂商趁政策红利的“东风”，举起了“国产替代”的大旗。在IBM和应材称霸的CIM领域，大家不约而同地将两大巨头视作国产厂商的敌人。似乎国产半导体CIM厂商发展的最终目的，便是要实现对IBM和应材的替代。
             试问，在国产替代的潮流下，国产半导体CIM厂商存在的意义仅仅是为了替代吗？
             谁才是国产厂商真正的敌人呢？中国国产厂商又将如何破局？
                          
             雄关漫道真如铁，而今迈步从头越
             在回答这些问题之前，我们要客观看待中国国产厂商的现状和所处阶段。
             纵观这场半导体领域的军备竞赛，借用教员的话，这其实是一场持久战，分三个阶段——敌强我弱，战略相持和战略反攻。
             目前国产厂商多处在第一阶段向第二阶段过渡，大部分处在第一阶段，小部分处在第二阶段。
             首先，我们聊聊国产替代的概念。
             2019年5月，美国下令封杀华为，对华为断供，意欲打断华为“自研芯片”的过程；2020年2月，美国将出口管制中的美国技术含量25%的标准下调为10%，对华为展开极限追杀。2022年8月，美国总统拜登签署《芯片法案》，对美国本土半导体制造领域提供巨额优惠，并进一步对中国实施技术封锁。
             我们为什么要提出“国产替代”？这其实与中美大国博弈的过程密切相关。
                          
             改革开放后，在人力和资本的投入下，中国经济迎来了令人瞩目的增长，各种实力有了质的飞跃。
             近年来，中国人口红利逐渐减弱，“人力+资本投入”的经济增长动力不足，中国迫切需要实现经济发展方式的转变，向高创新产业转型，以此拉动经济增长。而美国，则是妄图打断这一过程，使中国陷入中等收入陷阱。
             从国家的角度讲，为保障国家科技领域的战略安全地位，要逐步实现国产替代。这强调的是国内企业创新实力的飞跃，是芯片领域高新技术从0到1的过程。
             但我们仍要清醒地认识到，国产半导体厂商存在的意义不是为了替代。
             抛开民族情怀，单从商业技术的角度讲，在CIM系统MES领域竞争，替代的是两个二十多年的成熟技术供应商，难度可想而知。
             国产替代要成功实现，必然付出艰苦卓绝的努力。在CIM领域，上扬等一众厂商追赶二十多年，仍然只能望其项背。越是尖端科技的竞争，中国差距其实越大。
             国产CIM厂商，要在活下来的基础上，实现高新技术的突破。国产厂商将部分精力拿出来，花在MES之外其它值得发展的领域，耐心地发展自己，巩固自己的客户基础并不断提升技术。久而久之，替代是自然而然的事情。
             其次，IBM和应用材料并不是我们的敌人。我们敌人到底是谁？恰恰是我们自己。
             市场的竞争是以实力为基础的。购买成熟的系统，是晶圆厂对自己负责，是对投资方负责，这无可厚非。
             IBM和应用材料非但不是我们的敌人，还应当是我们的老师。参考当年韩国的“周末工程师”的成功经验，国产厂商如何从全球范围内“挖”到稀缺人才才是关键。
             在一众国产厂商中，芯享在CIM系统核心MES的研发中另辟蹊径。
             芯享重视底层基础的建设。其产品研发的逻辑，是先针对一千多道制程梳理基准信息，然后搭架构，梳理出三四百个基础模块，最后落实代码。芯享花了近3年的时间，整理了100多万条基准信息，花了近1年的时间选择合适的架构。
             此外，芯享从未将对手看作敌人，而是广揽海外人才。
             芯享的高层，大部分为海外厂商大甲方出身；芯享的工程师们也拥有着韩系MES系统数十载的经验，具备强大的“know-how”。
             芯享对自己产品的验证方式非常特别，并不是直接在产线上验证，而是在产线旁模拟跑数据，也就是将产线的实时数据放到芯享的系统中现场模拟。这样，通过发现不足与不断优化，芯享也完善了自身的系统。
             除了CIM系统最核心的MES，芯享在半导体软件其它领域也不断创新，占据着更多的细分市场。
             芯享拥有三大主系统、几个平台和四五十个应用。在中国大陆的12吋工厂中，芯享垄断了RCM——中央控制领域的细分市场。
             面对未来，芯享有足够的底气和胆量闯荡海外市场。
             因为，在国外不存国产替代的问题，所有企业都是外商，赢得客户的唯一标准便是实力。
             一味专注于中国市场，享受国家政策和各种资方的滋润，便会忽视海外市场，无法真正与国际巨头一战高下。
             当芯享在海外打出一片市场的时候，国产替代自然不成问题。
             在半导体领域，国产厂商要有真正的志气。
                          
             尾声
             20世纪90年代末，IBM抓住12吋晶圆厂建厂潮和半导体制造产业链分工转移东亚的机遇，成为CIM市场霸主，并在十多年时间内，凭借不断积累的“know-how”，稳居全球第一。
             与IBM同期的韩系CIM厂商，面临日本的技术封锁，凭借美国的扶持和“周末工程师”的引进，实现低端向高端的飞跃。
             21世纪后，应用材料通过长江存储12吋项目，实现“know-how”突破，从此开启与IBM的争霸。
             近年来，半导体领域“国产替代”浪潮席卷而来，国内半导体CIM赛道高度景气。上扬、赛美特、芯享走出了不同的发展道路。
             俱往矣，数风流人物，还看今朝。
             国产半导体CIM厂商存在的意义不仅仅是替代。面对未来，国产商应当拥有足够的眼界，发展自身的优势领域；应当有足够的志气，闯荡海外市场；应当有足够的心胸，吸引海外稀缺人才，共研核心技术。
             唯有如此，才能真正意义上实现中国半导体的腾飞。