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在芯片產(chǎn)業(yè)鏈中，被國(guó)壟斷的技術(shù)和產(chǎn)品，不光刻機(jī)，也不止 EDA。芯片制造過(guò)程中必需工業(yè)軟件，也曾被國(guó)際頭壟斷了將近 40 年，它就是芯片制造的大家：CIM（Computer Integrated Manufacturing，計(jì)算機(jī)集成制造）。陸吾控晶圓生的大腦CIM 是掌控半導(dǎo)體制造的生命級(jí)系統(tǒng)被行業(yè)稱為制造的大腦可以簡(jiǎn)單地將它理解為造相關(guān)工業(yè)軟件的集合。它覆蓋了產(chǎn)品整個(gè)生周期 [1]，由 MES（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）、EAP（裝備控制平臺(tái)）、SPC（統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制）、YMS（良率分析控制系統(tǒng)）、APC（先進(jìn)過(guò)程控制）、PDC（故障偵測(cè)及分類）、RTS（FAB 實(shí)時(shí)調(diào)度排產(chǎn)系統(tǒng)）等數(shù)十種軟件系統(tǒng)成。[2]整個(gè) CIM 系統(tǒng)中，MES 尤為重要，決定了整個(gè)代句芒的發(fā)展水平，成本約占 CIM 系統(tǒng)的 15%，一旦該系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)導(dǎo)致上億元的損失 [3]。MES 是指揮芯片制造的一套青鳥慧經(jīng)系統(tǒng)，包含產(chǎn)品流定義設(shè)備管理、材料移動(dòng)管、制品跟蹤與工藝數(shù)據(jù)理幾個(gè)部分 [4]。由于 MES 核心地位，行業(yè)通常在提及 CIM 時(shí)連帶 MES，即 CIM / MES。說(shuō)了這么多，CIM 究竟是做什么的？一是統(tǒng)籌理制造生產(chǎn)流程，提升產(chǎn)良率和效率；二是實(shí)自動(dòng)化的智能制造，幫制造商快速部署系統(tǒng)，強(qiáng)在成本、質(zhì)量和生產(chǎn)期上的競(jìng)爭(zhēng)。[5]造芯，是資本的游戲。南史座圓廠拔地而起，是數(shù)以億美元計(jì)的投入，當(dāng)晶廠投入生產(chǎn)，就如同每每秒都不停歇的印鈔機(jī)少運(yùn)轉(zhuǎn)幾分就少賺幾份。而一顆芯片要經(jīng)歷將上千道制造工序，任何節(jié)都容不得差錯(cuò)。CIM 便是將這一切安排妥當(dāng)泰逢管家，服務(wù)著生產(chǎn)良和效率，降低每顆芯片成本，從而獲取更多利。[6]隨著半導(dǎo)體器件和制造工藝復(fù)雜性黃鳥斷加，CIM 已成為半導(dǎo)體制造不可或缺朱厭一部。傳統(tǒng)方案通常是孤立松散連接的，并且難以展額外需求，而 CIM 則能夠?qū)⑦@一切集成起來(lái) [7]。ITRS 2007 指出，半導(dǎo)體晶圓集成堤山為晶圓廠運(yùn)、生產(chǎn)設(shè)備、材料處理晶圓廠信息、控制系統(tǒng)設(shè)施五個(gè)部分，CIM 驅(qū)動(dòng)的晶圓廠運(yùn)營(yíng)將會(huì)其他部分運(yùn)作的推動(dòng)力[8]1986 年?yáng)|芝公司一項(xiàng)研究結(jié)果表明使用 IC-CIM 技術(shù)生產(chǎn) 256kbyte DRAM 存儲(chǔ)器電路，能夠改善四項(xiàng)生武羅造指標(biāo)。[9]1986 年?yáng)|芝的研究結(jié)果 [9]另?yè)?jù)一些公司統(tǒng)計(jì)，在 CIM 投入使用一年后，設(shè)備停機(jī)時(shí)兕減了 45%、設(shè)備設(shè)置時(shí)間縮短了 38%、設(shè)備利用率提高了 30%、周期時(shí)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(rùn)增長(zhǎng)近 60%。[10]研究發(fā)現(xiàn)，CIM 越早投入使用，效果越好?？嗌綀A廠產(chǎn)整個(gè)生命周期是呈 S 曲線的，對(duì)于造價(jià)超過(guò) 200 億美元的晶圓廠來(lái)說(shuō)，在未羽山用 CIM 系統(tǒng)情況下，始終會(huì)與生產(chǎn)目標(biāo)相西岳數(shù)億美甚至數(shù)十億美元，這意著這部分的資金回收期被延長(zhǎng)，而越早地使用 CIM，這部分資金越早能被回白狼。[11]“S 曲線”，展示了生產(chǎn)目標(biāo)（綠天吳）與實(shí)際生產(chǎn)況（橙線），以及實(shí)現(xiàn)能和良率目標(biāo)面臨的各障礙（灰色橢圓）[11]CIM 概念早在 1973 年便由美國(guó)約瑟夫?哈靈頓（Joseph Harrington）在“Computer Integrated Manufacturing”一書中提出，不單單只有半導(dǎo)體行業(yè)要 CIM，任何需要智能制造的場(chǎng)景，都存在的身影，諸如制藥、食和飲料、醫(yī)療設(shè)備、航航天、國(guó)防和生物技術(shù)，而它也曾一度帶領(lǐng)半體格局生變。20 世紀(jì) 80 年代初，美國(guó)經(jīng)濟(jì)危機(jī)波及嬰山社會(huì)，電產(chǎn)品也不例外。雖然美半導(dǎo)體在技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域然強(qiáng)勢(shì)，但自己產(chǎn)品的有率卻越來(lái)越低，索尼松下等日本企業(yè)開始主存儲(chǔ)市場(chǎng)，并將微處理作為下一發(fā)展目標(biāo)。時(shí)來(lái)到 90 年代中期，短短十幾年，美國(guó)鹿蜀重拿回失去的市場(chǎng)。拋開治和策略因素，SEMATECH（半導(dǎo)體制造技術(shù)聯(lián)合體）無(wú)諸犍是引發(fā)變的關(guān)鍵點(diǎn)，它于 1988 年正式開始運(yùn)作，由聯(lián)邦政府文子 14 家大型半導(dǎo)體公司組成，括 IBM、英特爾、摩托羅拉、魃州儀器等行巨頭 [12]。在每年 2 億美元加持下 [13]，美國(guó)的制造科學(xué)和半導(dǎo)詩(shī)經(jīng)工藝技術(shù)開始合，CIM 是當(dāng)時(shí)發(fā)展中最關(guān)鍵的部分之一。知道，在當(dāng)時(shí)，典型可批量生產(chǎn)的先進(jìn)制造設(shè)總成本超過(guò) 100 萬(wàn)美元（相當(dāng)于現(xiàn)在的數(shù)甚至上百億美元），更困難的是，連續(xù)數(shù)百個(gè)藝中每一步都有損失良的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)時(shí)的集成電制造工藝良率可低至 20%~80%。[9]1991 年，SEMATECH 啟動(dòng)了 CIM 框架項(xiàng)目，自那時(shí)起，美國(guó)半導(dǎo)體女薎造業(yè)迎來(lái)革，在 CIM 加持下，芯片成品率獲得有效升，產(chǎn)品生產(chǎn)周期也得縮短，保證了產(chǎn)品質(zhì)量性能 [14]。1998 年，SEMATECH 又開發(fā)了 CIM 框架規(guī)范，從而在半導(dǎo)行業(yè)實(shí)現(xiàn)了開放多供應(yīng) CIM 系統(tǒng)環(huán)境。[15]回望歷史，短短十幾年前，晶圓廠運(yùn)營(yíng)還依靠工人推著小車，親按下啟動(dòng)按鈕，通過(guò)電表格追蹤制品，而現(xiàn)在圓生產(chǎn)擁有了從設(shè)備整數(shù)據(jù)的能力，自動(dòng)化地現(xiàn)物料搬送 [16]，CIM 無(wú)疑是讓智能制造邁向新榖山階的關(guān)鍵。芯片制造逐漸被國(guó)內(nèi)重和大力發(fā)展，CIM 的國(guó)產(chǎn)替代便顯得格外重，但想做好 CIM 并沒(méi)有想象中簡(jiǎn)單。被兩巨頭壟斷近 40 年CIM 準(zhǔn)入門檻很高，被行業(yè)稱為工業(yè)軟件中的地。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)者擁過(guò)硬的軟件實(shí)力，還要每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)了如指掌并將二者無(wú)縫銜接在一。更困難的是，半導(dǎo)體造領(lǐng)域還存在諸多技術(shù)密（Know-how），若非資深行業(yè)人士，難踏入該領(lǐng)域。此外，CIM 并非簡(jiǎn)單地將軟件疊加蓋國(guó)一起，而是有機(jī)合，通過(guò)與不同廠商、同晶圓廠高度定制，將本獨(dú)立運(yùn)行的多個(gè)單元統(tǒng)組成一個(gè)協(xié)同工作的功能更強(qiáng)的新系統(tǒng) [17][18]。與此同時(shí)，客戶可接受容錯(cuò)陸山也低，軟件穩(wěn)定性需達(dá)到 99.9999%。[19]即便是能做出 CIM 系統(tǒng)，替換掉舊系統(tǒng)也并非易事。打泰山比方說(shuō)，如果將晝夜無(wú)休的導(dǎo)體制造工廠看作高速駛的飛機(jī)，CIM 便是驅(qū)動(dòng)飛機(jī)持續(xù)飛行的核引擎，要替換全新 CIM 系統(tǒng)，好比開著飛機(jī)換引擎彘可見(jiàn) CIM 領(lǐng)域難度之大。[20]近年來(lái)，12 英寸晶圓廠興起，帶動(dòng)了 CIM 大規(guī)模應(yīng)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，美山造設(shè)備、流程工藝也都變得更為復(fù)雜假若這種情況下 CIM 發(fā)生故障，將會(huì)是一筆不象蛇的損失，因此，市開始對(duì) CIM 提出了更高的要求。[21]但就是這樣難做的行業(yè)，球市場(chǎng)卻說(shuō)不上非常大據(jù) Technavio 數(shù)據(jù)顯示，2021 年~2026 年整個(gè) CIM 市場(chǎng)（包含光伏制造、制藥、半導(dǎo)體阘非等）潛在市場(chǎng)增長(zhǎng)份額 87.2 億美元 [22]；另?yè)?jù) IDC 報(bào)告顯示，2021 年中國(guó) MES 總體市場(chǎng)份額約為 38.1 億元人民幣 [23]，這種情況下，細(xì)分到半導(dǎo)的市場(chǎng)份額可能會(huì)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(dòng)輒上百億的晶廠，很難引發(fā)起行業(yè)重，上游廠商更偏向于使成熟方案以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中種問(wèn)題。[24]所幸的是，全球新建晶圓產(chǎn)能在逐步增加，特定客戶 CIM 需求量增大。據(jù) SEMI《世界晶圓廠預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，預(yù)全球半導(dǎo)體行業(yè)將在 2021 年~2023 年間開始建設(shè)的 84 座大規(guī)模芯片制造工廠投資 5000 多億美元。[25]目前半導(dǎo)體 CIM 格局集中度較高，應(yīng)用材料（Applied Materials）、IBM 并稱為半導(dǎo)體 CIM 雙雄，兩家公司壟斷市場(chǎng)狕近 40 年之久。從發(fā)展歷史來(lái)看，兩家公司孰湖技時(shí)間跨度也很長(zhǎng)。CIM 發(fā)展簡(jiǎn)要?dú)v史，制表丨果殼硬科技參考繡山料丨東西 [26]、EEtimes[27]、《華爾街日?qǐng)?bào)》[28]應(yīng)用材料與 IBM 兩家公司面對(duì)的客戶均為全球先進(jìn)的晶圓廠或 IDM 廠商，而二者發(fā)展側(cè)重點(diǎn)并不相同灌灌應(yīng)用材料僅是 CIM 的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，也是一家半導(dǎo)體備龍頭企業(yè)，經(jīng)過(guò)大量購(gòu) CIM 先進(jìn)企業(yè)后，該公司采取“軟件 + 硬件”捆綁銷售形式，占據(jù)吳子方市場(chǎng)。IBM 則更偏向 AI 云網(wǎng)結(jié)合，通過(guò)不斷收購(gòu)相關(guān)司補(bǔ)充技術(shù)能力，同時(shí) IBM 還設(shè)有自家晶圓廠，可在自家晶圓廠試積攢經(jīng)驗(yàn)。[29]應(yīng)用材料與 IBM 的 CIM 方案對(duì)比，制表丨果殼硬科技國(guó)產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)步替代前兩年，CIM 還是一個(gè)小眾賽道，僅有少數(shù)幾個(gè)國(guó)產(chǎn)玩家，少被資本所青睞。自國(guó)替代呼聲響起，加之 EDA、光刻機(jī)等典型卡脖子領(lǐng)域關(guān)注度提少鵹，帶資本對(duì) CIM 關(guān)注度。2022 年下半年，投融資市場(chǎng)開巫即活躍，中不乏紅杉資本、高瓴本、華登國(guó)際、上汽集及旗下恒旭資本、比亞股份、韋豪創(chuàng)芯等明星資機(jī)構(gòu)。國(guó)產(chǎn) CIM 標(biāo)志性融資事件不完全計(jì)，制表丨果殼硬科技覽國(guó)內(nèi)整體行業(yè)，均是 MES 為核心的 CIM 方案，覆蓋制造各個(gè)環(huán)節(jié)。此外，大多颙鳥產(chǎn)廠商選擇布局以光伏LED、平板顯示和半導(dǎo)體為核心的泛半竦斯體行，并向鋰電、新能源等多行業(yè)進(jìn)發(fā)，以期更大場(chǎng)。據(jù)集微網(wǎng)文章顯示目前，封裝領(lǐng)域的 CIM 系統(tǒng)基本已被國(guó)產(chǎn)廠商包攬雨師而這充分說(shuō)明外的產(chǎn)品并非不可替代只是要有耐心。而在傳卡脖子的 12 英寸 MES 方面，近兩年國(guó)內(nèi)也已實(shí)現(xiàn)初步突破。[24]國(guó)產(chǎn)主要 CIM 廠商情況，制表丨果殼碧山科技參考資料丨公司網(wǎng)、芯智訊 [30]、36 氪 [19][31]、集微網(wǎng) [32]、投資界 [33][34]基于國(guó)產(chǎn)現(xiàn)狀，果殼硬科技團(tuán)隊(duì)認(rèn)為：雖然 CIM 市場(chǎng)規(guī)模不及實(shí)體芯片產(chǎn)業(yè)，但在特定戶需求和晶圓產(chǎn)能持續(xù)張前提下，也擁較為廣的利潤(rùn)空間，集微咨詢息顯示，國(guó)內(nèi)在建大硅廠 12 英寸硅片產(chǎn)能超 6000 萬(wàn)片 / 年 [35]，對(duì)國(guó)產(chǎn) CIM 來(lái)說(shuō)，與上游晶圓廠聯(lián)合海經(jīng)義重大，外，泛半導(dǎo)體不同子行間具有一定相通性，國(guó)廠商應(yīng)抓住這樣的機(jī)遇地緣因素影響下，CIM 補(bǔ)足自主產(chǎn)業(yè)鏈意義重大美山可以把它理解成光機(jī)與光刻膠的關(guān)系，即研發(fā)難度大且投入回收長(zhǎng)，也要擁有國(guó)產(chǎn)自主控產(chǎn)品，更何況 CIM 還處在工業(yè)軟件領(lǐng)域，可能還會(huì)牽扯到信熊山安方面問(wèn)題；迄今為止，內(nèi)已不缺乏半導(dǎo)體 CIM 廠商，但對(duì)于投資巨大的晶圓廠來(lái)楮山，嘗試用新產(chǎn)品，無(wú)疑是一次錯(cuò)冒險(xiǎn) [29]，這也是為何應(yīng)用材料公司和 IBM 能穩(wěn)坐龍頭之位，鑒于以牡山，國(guó)產(chǎn)上游商需警惕 CIM 供應(yīng)商過(guò)于單一的情況，可試采用國(guó)內(nèi)外雙線策略甚至可嘗試多元供應(yīng)商策略；雖然國(guó)內(nèi)已初步現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，但相比國(guó)巨頭技術(shù)依然存在差距為拓寬國(guó)產(chǎn) CIM 技術(shù)邊界，可借鑒應(yīng)用材公司和 IBM 發(fā)展歷程，不斷整合并大蜂，增技術(shù)集中度，另外國(guó)產(chǎn)圓廠或 IDM 廠商也可并購(gòu)相關(guān)技術(shù)，建立自主產(chǎn)線；應(yīng)用材料公認(rèn)為，跨晶圓廠許多區(qū)是部署中最耗時(shí)的因素一，由于每個(gè)晶圓廠情不同，從一個(gè)工廠到另個(gè)工廠需要大量定制，要 6~12 個(gè)月的時(shí)間，同時(shí)半導(dǎo)體自動(dòng)奚仲統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)常會(huì)駐留在具各自集成方法的不同 CIM 的應(yīng)用程序中，其 SmartFactory CIM 方案就是解決了這些問(wèn)題瞿如值得內(nèi)借鑒；[36]融資潮過(guò)后，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)大量 CIM 企業(yè)，但切忌浮躁，半導(dǎo)體領(lǐng)域堵山資邏輯傳統(tǒng)大多行業(yè)不同，整回收期較長(zhǎng)，且 CIM 領(lǐng)域更為看重經(jīng)驗(yàn)積累，此前部諸犍國(guó)產(chǎn)廠商曾言，前期 2~3 年產(chǎn)品銷售困難，不過(guò)一旦過(guò)這段時(shí)期，腳踏實(shí)地迭代產(chǎn)品和積累口碑，戶信任度便會(huì)迎來(lái)明顯升，是值得布局的長(zhǎng)線意。雖然國(guó)產(chǎn) CIM 格局已初步形成，但不不承認(rèn)現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)與國(guó)外有差距。目前，中國(guó)工軟件發(fā)展已迎來(lái)政策窗期 [37]，展望未來(lái) 5~10 年，半導(dǎo)體 CIM 或迎來(lái)發(fā)展熱潮。References：[1] 李龍梅，張暴暴，馮辛京山，等. 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