读懂CIM：芯片制造业的大管家

在芯片产业链中，被国外垄断的技术和产品不仅是光刻机，还有EDA芯片制造所必需的工业软件被国际巨头垄断了近40年，是芯片制造的大管家:CIM

控制晶圆生产的大脑

CIM是控制半导体制造的生命级系统被业界称为制造业的大脑，可以简单理解为制造业相关工业软件的集合覆盖产品全生命周期，由MES，EAP，SPC，YMS，APC，PDC，RTS等数十个软件系统组成

在整个CIM系统中，MES尤为重要，它决定了整个铸造厂的发展水平成本约占CIM系统的15%一旦系统出现问题，将导致上亿的损失MES是一套指导芯片制造的智能管理系统，包括产品流程定义，设备管理，物料移动管理，产品跟踪和工艺数据管理由于MES的核心地位，业界通常将CIM与MES一起提及，即CIM/MES

说了这么多，CIM到底是做什么的。

第一，统筹管理制造过程，提高生产良率和效率，

二是实现自动化智能制造，帮助制造商快速部署系统，增强成本，质量和生产周期的竞争力。

制芯是资本的游戏一家投资数百亿美元的晶圆厂拔地而起晶圆厂投产，就像一台每分钟都在不停运转的印刷机跑的少，赚的钱就少而一个芯片要经过近千道制造工序，任何一个环节都不能容许有任何差错CIM就是管家，把这一切安排妥当，服务于生产良率和效率，降低每个芯片的成本，从而获得更多的利润

伴随着半导体器件和制造工艺的日益复杂，CIM已经成为半导体制造中不可或缺的一部分传统的解决方案通常是孤立的或松散连接的，很难扩展额外的需求，而CIM可以集成所有这些IT2007指出，半导体晶圆集成分为五个部分:晶圆厂运营，生产设备，材料加工，晶圆厂信息，控制系统和设施，CIM驱动的晶圆厂运营将是其他部分的驱动力

1986年，东芝的一项研究表明，采用IC—CIM技术生产256kbyte DRAM存储电路可以提高四项制造指标。

东芝1986年的研究成果

据其他公司统计，CIM投入使用一年后，设备停机时间减少45%，设备准备时间缩短38%，设备利用率提高30%，周期时间缩短23%，废品减少22.5%，产品良率提高15%，生产成本降低34%，净利润提高近60%。

研究发现，CIM越早投入使用，效果越好晶圆厂的整个生产生命周期是S曲线对于成本超过200亿美元的晶圆厂来说，不使用CIM系统，永远离生产目标有几亿甚至几十亿美元的差距，这意味着这部分资金的回收期会延长，越早使用CIM，这部分资金就能越早收回

S曲线，它显示了生产目标和实际生产情况，以及实现生产能力和产量目标的各种障碍

早在1973年，CIM的概念就由美国的Joseph Harrington在其著作《计算机集成制造》中提出CIM不仅是半导体行业需要的，任何需要智能制造的场景都存在，比如制药，食品饮料，医疗器械，航空航天，国防，生物技术等它曾经引领了半导体格局的改变

80年代初，美国经济危机波及全社会，电子产品也不例外虽然美国半导体在技术开发领域依然强势，但自家产品的份额越来越低索尼和松下等日本公司已经开始主导存储市场，将微处理器作为他们的下一个发展目标

90年代中期，仅仅十几年的时间，美国就夺回了失去的市场抛开政治和战略因素，SEMATECH无疑是引发这一转变的关键点它于1988年正式开始运作，由联邦政府和14家大型半导体公司组成，包括IBM，英特尔，摩托罗拉，德克萨斯仪器等行业巨头在每年2亿美元的加持下，美国的制造科学和半导体技术开始融合，CIM是当时发展最关键的部分之一

要知道，在那个年代，一个典型的可以量产的先进制造设施的总成本超过了100万美元更难的是，数百道连续工序中的每一步都有损失良率的风险那时，集成电路制造工艺的成品率可低至20%~80%

1991年，SEMATECH启动了CIM框架项目自此，美国半导体制造业迎来变革在CIM的支持下，芯片良率得到有效提高，产品生产周期缩短，产品质量和性能得到保证1998年，SEMATECH开发了CIM框架规范，从而在半导体行业实现了开放的多厂商CIM系统环境

回顾历史，就在十几年前，晶圆厂的运营还得靠工人推着手推车，亲自按下启动键，通过电子表格追踪产品现在晶圆生产已经有能力整合来自设备的数据，实现物料自动运输CIM无疑是使智能制造迈向新台阶的关键

当芯片制造在国内逐渐被重视并大力发展的时候，CIM的国产化替代就变得尤为重要，但是要做好CIM并不是想象中那么简单。

被两大巨头垄断了近40年

CIM进入门槛高，被业界称为工业软件的高地。

CIM作为一个涵盖晶圆生产各个环节的工业软件，要求开发者不仅要有过硬的软件实力，还要了解生产的各个环节，并将它们无缝链接在一起更难的是，半导体制造领域还有很多技术秘密，没有行业经验的人很难进入这个领域

此外，CIM不是简单地把软件堆在一起，而是有机地结合在一起通过与不同厂商，不同晶圆厂的高度定制，使多个原本独立运行的单元系统形成一个协同工作，功能更强的新系统同时客户可接受的容错率也很低，软件稳定性需要达到99.9999%

即使可以制造一个CIM系统，也不容易替换旧系统举个例子，如果把一个日夜开着的半导体制造工厂看成一架高速飞行的飞机，CIM就是驱动飞机持续飞行的核心引擎更换全新的CIM系统，就像开飞机换发动机一样可见CIM领域是很难的

最近几年来，12英寸晶圆厂的兴起带动了CIM的大规模应用伴随着晶圆尺寸从4英寸变成6英寸，8英寸，12英寸，不仅投资急剧增加，制造设备，工艺，技术也变得更加复杂如果CIM在这种情况下失败，那将是一个很大的损失因此，市场开始对CIM提出更高的要求

但这是一个非常困难的行业，全球市场并不是很大Technavio数据显示，2021—2026年整个CIM市场的潜在市场增长份额为87.2亿美元，IDC报告显示，2021年，中国MES总市场份额约为38.1亿元在这种情况下，细分到半导体的市场份额可能会更小

更尴尬的是，CIM中最核心的MES系统只占晶圆厂总投资的1%相比百亿级的晶圆厂，很难引起业界的关注上游厂商更喜欢用成熟的解决方案来处理生产中的各种问题

幸运的是，全球新晶圆的产能正在逐渐增加，特定客户对CIM的需求也在增加根据SEMI的世界晶圆厂预测报告，预计全球半导体行业将在2021年至2023年期间投资超过5000亿美元，建设84座大型芯片制造工厂

目前，半导体CIM的模式高度集中应用材料和IBM都叫半导体CIM这两家公司垄断了近40年的市场从发展历史来看，两家公司的技术时间跨度也很长

CIM发展简史，制表，硬科技参考资料，核心材料，EEtimes，华尔街日报

Materials和IBM面对的都是全球最先进的晶圆厂或IDM厂商，但发展侧重点不同。

材料不仅是CIM的绝对龙头，也是半导体设备的龙头企业公司在收购了一大批先进的CIM企业后，采用软件+硬件的捆绑销售形式，占领了一个个市场

IBM更倾向于AI云网的结合通过不断收购相关公司来补充技术能力，IBM也有自己的晶圆厂，在这里可以通过试错积累经验

对照IBM的CIM方案，列出了果壳的硬质工艺。

中国已经实现了初步替代。

两年前，CIM还是一个小众赛道，国内玩家很少，很少被资本看好。

自从国产替代的呼声响起，EDA，光刻机等典型卡脖子领域的关注度增加，资本对CIM的关注度更高2022年下半年，投融资市场开始活跃，包括红杉资本，高瓴资本，华登国际，SAIC及其明星投资机构恒旭资本，比亚迪，郝伟创鑫等

国内CIM里程碑式融资事件不完全统计，制表和硬技术

纵观国内整个行业，无一不是以mes为核心的CIM方案，涵盖制造业的方方面面此外，国内厂商大多选择布局以光伏，LED，平板显示，半导体为核心的泛半导体产业，转战锂电池，新能源等更多行业，以期扩大市场

王记伟的文章认为，目前包装领域的CIM体系基本上已经被国内厂商接手，这充分说明国外的产品并不是不可替代的，只是有耐心而已在传统的带颈12寸MES上，近两年在国内取得了初步突破

基于国内现状，壳牌硬技术团队认为:

CIM市场虽然没有实体芯片行业大，但在特定客户需求和晶圆产能不断扩大的前提下，也有着广阔的利润空间根据微咨询收集的信息，国内在建大型晶圆厂12英寸晶圆产能超过6000万片/年对于国内CIM来说，联合上游晶圆厂意义重大另外，泛半导体的不同子行业有一定的连通性，国内厂商应该抓住这个机会

在地理因素的影响下，CIM对独立产业链的补充意义重大，可以理解为光刻机和光刻胶的关系即使研发难度大，投资回收期长，也要有国产自主可控产品，何况CIM还在工业软件领域，还可能涉及信息安全问题

到目前为止，国内并不缺少半导体CIM厂商，但对于投入巨大的晶圆厂来说，尝试使用新产品无疑是一种试错式的冒险，这也是应用材料公司和IBM能够稳坐龙头位置的原因鉴于以往，国内上游厂商需要警惕CIM供应商过于单一的情况，可以尝试采用国内外双线策略，甚至多家供应商的策略

虽然国内已经初步实现了国产替代，但与国外巨头的技术相比还有差距为了拓宽国内CIM技术边界，可以借鉴应用材料公司和IBM的发展历史，不断整合并购，提升技术集中度此外，国内的晶圆厂或IDM厂商也可以获取相关技术，建立纯独立的生产线

材料公司认为跨越晶圆厂的许多区域是部署中最耗时的因素之一由于每个晶圆厂的情况不同，从一个工厂定制到另一个工厂需要6~12个月的时间同时，半导体自动化系统的数据通常驻留在不同的CIM应用程序中，具有它们自己的集成方法其SmartFactory CIM解决方案解决了这些问题，值得国内借鉴

融资潮过后，国内涌现出一大批CIM企业，但不可浮躁半导体领域的投资逻辑与大多数传统行业不同，整体回收期较长而且CIM领域更注重经验的积累此前，一些国内厂商已经承认，前两到三年很难卖出产品但是一旦他们熬过了这个时期，踏踏实实的迭代产品，积累口碑，客户信任度就会明显上升，这是一个值得布局的长期业务

虽然国内的CIM格局已经初步形成，但我们不得不承认，国内的CIM与国外的CIM还有差距目前，我国工业软件发展迎来了政策窗口期展望未来5~10年，半导体CIM可能迎来发展热潮

参考资料:

李龙梅，张宝宝，冯新安，等. CIMS环境下基于特征的产品模型.机械科学与技术，1998，17: 129—131。

用于半导体制造的制造执行系统//IEEE系统，人与控制论国际会议电气和电子工程师学会，2002年，第4卷，4: 5页

程铮，张杰，卢有龙，徐宏伟基于改进粒子群算法的晶圆成品率优化方法计算机集成制造系统:1—17

塔吉，医学博士，纳西姆半导体制造过程自动化的前景

半导体制造与过程控制基础约翰·威利amp儿子们，2006

纳木措明SEMATECH:从概念更新到产业进化经济论坛，2004 :125—126

Doscher D，Hodges R. SEMATECH在CIM框架方面的经验美国计算机学会通讯，1997年，40: 82—84

郑福泰，滕春英基于对象的半导体制造设备通信控制器机器人技术和计算机集成制造，2002，18: 387—402

李宇阳，李晶圆制造CIM国产软件前景可期《中国经营报》2022年8月15日

美通社:计算机集成制造市场35%的增长来自北美

郑重声明：此文内容为本网站转载企业宣传资讯，目的在于传播更多信息，与本站立场无关。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。