最近几年来受益于国产替代，半导体发展火热，处于半导体领域的各个赛道都水涨船高。过去相对边缘的半导体工业软件开始走进大众的视野。从一开始的EDA软件被禁，到今年大疆Figma软件被禁，越发凸显了软件之于半导体的重要性。EDA是设计端的核心软件，而另外一大半导体工业软件系统CIM，则是制造端的重要软件，近来也成为业界关注的焦点，国内陆续浮现出了不少新老玩家。
何为半导体CIM软件?
CIM(Computer Integrated Manufacturing，计算机集成制造)的概念是由Joseph Harrington博士在其1974年发表的书中提出的，CIM是一种组织、管理与运行企业生产的工具。CIM通过创建自动化制造流程的能力，将人工参与度降低到最少，交由计算机来处理，加快制造速度，而且更不容易出错，在半导体领域，CIM主要是部署在半导体晶圆制造以及先进封测工厂内部的生命级软件系统，从信息的收集、分析、决策，到包括二次分析、大数据model的预测性分析、给出决策意见，都可由CIM系统完成。
而CIM系统又由数十种软件系统组成，如制造执行系统MES、设备自动化EAP、先进制程控制APC、配方管理系统RMS、设备失效侦测与分类FDC、良率分析控制系统YMS、质量管理系统QMS、设备保养系统PMS、工程运行控制系统FMC、远程控制管理系统RCM、实时调度系统RTD、自动排产系统APS等。
在此前的文章《半导体设备行业不仅要硬，更需要“软”》中，我们曾多次强调到，在整个CIM系统中，尤以MES最为核心。MES被喻为芯片制造的“大脑”，控制和管理芯片制造的全过程，通俗的来说，MES系统主要功能就是解决“如何生产”的问题。
但除了MES之外，被誉为“设备管理大师”的设备自动化EAP系统，也是晶圆厂中最关键的系统之一。EAP系统是MES与设备的桥梁，它对生产线的机台进行实时监控，所有的生产数据和机台营运状态等都是通过EAP系统来收集，EAP将这些数据传送给MES、AS等服务器对应的数据库，然后MES再对这些数据进行指挥控制。所以EAP也是工厂实现自动化必不可少的控制系统。
再就是，随着晶圆日趋增大和关键尺寸的不断缩小，晶圆来到12英寸，原来的统计制程控制(SPC)已经不能适应12寸量产线的质量控制要求，先进制程控制(APC)成为不可或缺的关键系统。APC主要负责采集包括产品、工艺、设备、技术平台等相关的历史数据，实时调整生产工艺配方的参数，以达到控制制程质量、提高产品良率的目的。
但如同芯片一样，CIM/MES软件也是国外垄断的局面。回顾半导体MES软件的发展史，早期的玩家主要有Consilium、Promis、Fastech，但后来都相继直接或间接被应用材料收购;另一家IBM凭借自家晶圆厂和在软件研发上的不断积累打磨，推出了SiView系统。目前市场上MES系统主要产品为IBM公司的SIView，应用材料的FAB30、WorkStream、PROMIS和FactoryWorks，两家公司预估占有全球80%以上的市场份额。此外，全球12英寸晶圆厂的MES几乎被这两大巨头垄断。
所以我们可以看到，在半导体智能制造软件方面，国内晶圆厂也可能面临着高端CIM/MES系统被卡的风险，国内发展自主可控的CIM软件迫在眉睫。数十年来，由于缺乏工业软件的重视和政策的缺位，国内CIM软件企业缺钱又缺人，迟迟拿不出有竞争力的产品，再加上市场上大部分的代工厂比较信赖国际大厂的产品，所以国产工业软件长期得不到测试、迭代、发展的机会。
不过在当下国产替代、国内Foundry+IDM的大举建厂/扩产的形势之下，对国产CIM/MES软件需求激增。2021年2月1日，十四五规划也首次将工业软件列为重点研发计划重点专项，2021年底国家又发布了《“十四五”智能制造发展规划》，其中提出，到2025年智能制造装备和工业软件市场满足率分别超过70%和50%。中国的工业软件迎来了巨大的发展空间和投资机遇。
国内玩家涌现
在这样的大环境和背景下，越来越多的资本开始涌入这个行业，不仅给了老牌国产半导体CIM软件充足的研发弹药，敢于冲击高端CIM/MES软件。同时也催生了一批新的智能制造软件公司进入这个行业。
成立于2001年的上扬软件，去年就曾先后获得了华为哈勃和大基金二期的青睐。据了解，上扬软件可以说是国内成立时间最久的国产半导体CIM/MES厂商，为半导体制造企业提供CIM整体解决方案，即MES、SPC、EAP、RMS、APC、FDC、RCM和MDM等系统。其解决方案广泛应用于国内各大4 /6 /8/12英寸晶圆制造厂，在落地项目数量和时间上相对占有一定的优势。去年12月，上扬软件的先进过程控制(APC)软件出口美国，为美国半导体企业AOS位于俄勒冈州的8寸量产晶圆厂定制开发APC。2019年，上扬软件又推出了新产品myCIM 4.0，填补了12寸半导体MES系统国产化的空白，并于2021年启动12寸量产线突破;同年，国内首个使用国产MES(即上扬软件的myCIM)的8寸量产线中芯绍兴验收成功，且月产能达到10万片。
另一家半导体CIM软件供应商哥瑞利，成立于2007年，在2016年A轮融资完成之后，进入半导体装备软件，2019年获得近亿元的B轮融资，2020年获得B+轮融资，2021年获得C轮融资。公司主要产品包括生产制造执行系统(MES)、工厂自动化系统(EAP)、iDEP智能数据引擎平台、生产计划与排程(Advanced Planning And Scheduling)、质量管控系统(Quality Management System)等。
成立于2018年7月的芯享科技，2022年3月，芯享科技获数亿元A+轮融资。芯享科技主要为晶圆厂和先进封装厂的生产提供CIM系统解决方案。芯享科技在EAP系统领域基本摆脱国际巨头的部分技术封锁限制，而且SPC、FDC等Data类产品的技术领先，RCM产品占据市场超过80%份额。在封测领域，芯享科技覆盖了行业TOP10企业的三分之一。
2020年并购了具有多年半导体行业经验积累的“上海特劢丝”，“固耀SEMI Integration“和“深圳微迅”而成立的赛美特(SEMI-TECH)，在2021年5月和11月先后获得了五千万元A轮融资、数亿元A+轮融资。据其官网信息显示，赛美特自主研发的纯国产智能制造解决方案，涵盖1800多个满足8"/12"晶圆制造厂所需的功能。
此外还有在封测领域软件服务领域的泰治科技，核心技术是设备自动化平台EAP;以及成立于2019年8月的宁波齐芯半导体科技，创始人黄昭仁曾在台积电、日月光等半导体企业工作，是国内少数提供12寸FAB晶圆制造厂CIM系统与无尘室机电集成系统的“专精特新”企业。
在资本介入下，各大国内CIM企业发展更快更强，但竞争也将更为激烈。当下这个时间节点下，首要任务是发展自身内功，各企业应该专注CIM的研发，建立自己的Know-how，提高产品实力。企业之间不要无底线地打价格战，压缩整个行业的利润空间，影响企业的研发投入，要将眼光放长远，建立一个良性的竞争环境，众志成城推动国产12英寸晶圆厂CIM的国产替代，争取与国际厂商早日看齐。
CIM没有那么想象中的容易
EDA软件的难度想必我们都有所了解，EDA涉及到计算机、物理、数学等多方面交叉知识，一个EDA人才需要十年才能培养成功，而且其基础研究难度高、周期长，前期投入回报较小。再加上EDA细分领域繁多，也因此，国内各种点工具多面开花。如同EDA软件，CIM也具有资本密集型、技术密集型、知识密集型的行业特征，国内部分企业也是通过其中几个子系统开始突破，要想集齐数十个软件系统，做出完整的CIM不是易事。没有十年功，磨不出一款好的工业软件产品。而一个完整配套的CIM系统则更需要时间和大量项目的磨砺。
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长期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。譬如，据我们了解，上扬软件开发的myCIM(MES)已经能够支撑8寸线8万片/月的产能(可支持超过10万片/月)、6寸线20余万片/月的产能。
对于当下规模庞大、工艺步骤繁多的晶圆厂，CIM/MES系统的稳定性是最重要的;再就是用户端的操作友好性及响应速度，不至于在软件操作上造成不必要的时间浪费;最后是行业标准化，尽量避免大量的定制化，将管理流程规划化。
前文中我们提到，12英寸量产线的MES几乎全被国外厂商垄断，12英寸量产线是全自动化的生产过程，台积电是第一个把作业员从工厂撤出的晶圆厂，疫情后甚至连工程师都撤出工厂，远程参与工程调机。12英寸晶圆厂对CIM/MES的可靠性和稳定性要求更高。一片12英寸的晶圆片需要在几百台设备间流转，经过1000多步工序，过程中产生大量的数据。所以许多12英寸晶圆厂往往引入AI深度学习来对这些数据进行实时分析。
在12英寸量产线方面，上扬软件在2019年就发布了拥有自主知识产权的半导体全自动CIM整体解决方案myCIM 4.0。如今从4寸到12寸的晶圆制造厂，都可以看到上扬软件的身影。经过21年的行业经验累积，上扬软件建立的专业技术团队，凭借功能齐全的国产化半导体CIM解决方案，以灵活的微服务架构产品支持高量产的FAB。
结语
在半导体晶圆厂中，CIM软件是工厂运行的大脑，而半导体设备是工厂运转的身体，两者相互配合，最终生产出我们所需要的芯片。软件管控越完善，人为因素对生产的影响越小，那产品良率越高，生产效率越高。
我们也希望看到国产CIM软件厂商能够崛起，打破IBM和应用材料两大巨头的垄断，为国产芯片智能制造保驾护航。