把中芯推到风口浪尖的国产化项目到底是个啥？

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把中芯推到风口浪尖的国产化项目到底是个啥？

2022 年 8 月 13 日 量子位

羿阁萧箫发自凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

风口上的“硬科技”芯片行业，这两天竟然因为软件闹得沸沸扬扬。

起因是一则爆料称：中芯国际正在北京建的12英寸晶圆厂，在关键的软件项目上陷入了停摆。

要知道，这个晶圆厂光是总投资就接近500亿，如果2024年能建成，月产能会达到10万片。（不少晶圆厂月产能在5万片左右）

结果现在一期项目还没完成，就被叫了暂停？

就在网友吐槽软件开发商不靠谱时，意外的反转来了，“当事人”上扬软件否认项目停摆：

中芯国际北京项目并未暂停，上扬团队仍在为其进行软件开发。

随后，有网友在上证e互动就此事问中芯国际，得到回应称“目前使用的各种生产运营软件均正常运行。”

所以话说回来，这次事件中能让晶圆厂“停摆”的软件项目，究竟是什么？

这个软件，指的是晶圆制造厂中的CIM系统。

CIM（Computer Integrated Manufacturing，计算机集成制造系统），相当于晶圆制造厂的“控制大脑”。

在国内已经投产的12英寸晶圆代工厂中，绝大部分CIM系统采用的都是国外的方案，主要来自IBM和Applied Materials（应用材料）等公司。

此次中芯国际新建的12英寸晶圆产线，则是希望能将CIM系统国产化，做到国产替代。

所以，将CIM软件国产化，对于建设12英寸晶圆厂产线究竟有多重要？

为什么晶圆厂寻求CIM国产化？

CIM在半导体制造环节的重要性，类似于设计环节的EDA软件。

它贯穿了晶圆代工的每个关键环节，用于管理整个晶圆制造流程、改进生产方案，实现成本控制。

当然，这并非单一的某项技术，它包括了MES（制造执行系统）、SPC（统计过程控制系统）、APC（先进制程控制）、DAS（缺陷分析系统）等数十种软件系统。

MES是面向晶圆制造厂执行层的生产信息化管理系统，控制和管理着芯片制造的全过程；APC需要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；

SPC负责收集生产数据，根据已设置的规则，判定数据是否超出生产要求规格；DAS能追踪、管理良率相关的品质异常，提高生产效率、让产出更稳定……

显然，CIM系统中涉及大量核心数据的处理。

从目前国内普遍采用的CIM系统来看，大部分晶圆厂的数据处理、甚至部分核心数据还是得被国外厂商“拿捏”。

例如针对良品率的监测和报告，部分CIM系统会直接测量各个生产流程的良率，并通过给定公式计算出总良率，及时调整生产流程，然而总良率往往是厂商机密。

对于造价千亿人民币级别的12英寸晶圆厂来说，不仅需要追求生产的稳定性和安全性，国内厂商还要额外考虑一个问题：这几年来，国外对国内的芯片技术制裁也逐渐严重。

因此，随着国产替代的呼声渐高，许多中国厂商开始进入CIM赛道。

比如，此前中芯国际已经与上扬软件在绍兴合作，完成了8英寸产线的国产化，目前国内8英寸产线的CIM系统，也已经有不少采用了国产厂商的系统。

然而，12英寸晶圆的CIM系统，目前国内还只有上扬软件、赛美特、芯享科技等部分企业有能力涉足。

（PS：这里的8英寸、12英寸，指的就是硅片的直径尺寸）

据芯东西介绍，尽管上扬软件拿下了中芯绍兴的8英寸产线合同，并且其产量在1年内达到5万片/月，是国内冲量产最快的8英寸产线。

但在推出12寸产线国产化CIM系统（myCIM 4.0）后，2019~2020年两年里，上扬软件仍然连续三次在国内12英寸产线评估中失败。

△图源上扬软件官网

此外，从项目建设时长来看，中芯深圳的12英寸晶圆厂去年开建，今年就能完工；但有国产化CIM系统计划的中芯京城项目，从2020年开建，预计到2024年才完成一期。

所以话又说回来，对于国产CIM系统而言，为什么从8英寸扩大到12英寸晶圆产线要做这么久？

12英寸晶圆CIM项目难在哪？

这件事，还得从技术、开发人员和产能要求这几个方面来看。

首先，从技术角度讲，12英寸晶圆产线对系统稳定性的要求提升了很多。

这也与在12英寸晶圆上投放的制程相关——更先进制程的产线，往往会更倾向于投放到更大的晶圆上。

据知乎匿名用户介绍，目前8英寸晶圆基本上只能满足90nm芯片的投产。至于28nm、14nm甚至是7nm的芯片，基本只能在12英寸晶圆上实现。

也就是说，无论是光刻机、刻蚀机台、炉管等设备，在设计28nm以下制程芯片时，只会按12英寸晶圆的尺寸去设计。

以光刻机为例，不仅8寸和12寸转速差异大，光刻胶厚度比8寸调节范围更小、对准也有大幅变化。

这会导致两个问题。

一是更先进制程的芯片，对晶圆良率、设备控制精度的要求就更高，对于管理这些设备的CIM系统而言，其稳定性的要求也随之变高。

二是随着制程的提升，CIM需要处理的数据量也在不断提升。

据Applied Materials介绍，45nm晶圆厂每年的数据量在50TB左右，而28nm晶圆厂年均数据量可以达到80TB，14nm晶圆厂每年的数据量则为141TB，以此类推。

△图源extremetech

目前已经有部分CIM厂商考虑采用AI和大数据提升系统智能化程度，但基本都还处在探索阶段。

此外，CIM对于开发人员也提出了更多的技术要求。

据知乎匿名用户介绍，并不是会写代码的就能去CIM部门，而是需要对芯片生产流程非常了解，否则写出来的东西不能用。

最后，除了技术以外，项目的产能要求也让CIM设计变得更复杂。

虽然早在此前，中芯国际已经有不止一个12英寸晶圆厂投产，包括上海和北京等；而中芯深圳12英寸晶圆厂也将于今年建成。

但从目前来看，中芯国际已经投产的晶圆厂，产能仍然不算高，如中芯深圳的产能预计在每月4万片12英寸晶圆。

而中芯京城的产能要求，则是达到了每月10万片12英寸晶圆，从设备数量、产线管理等角度来说，需要设计的系统也会更加复杂。

△中芯京城一期工程项目建设现场图源：北京亦庄

无论中芯国际这一项目是否能顺利完工，回到芯片软件项目国产化本身，这都是一条必须要走的路。

参考链接：
[1]https://www.extremetech.com/extreme/155588-applied-materials-designs-tools-to-leverage-big-data-and-build-better-chips
[2]https://smic.shwebspace.com/uploads/627d0016/ER_SC.pdf
[3]https://www.zhihu.com/question/65706969/answer/2166861260
[4]https://zhidx.com/p/316589.html
[5]https://www.sohu.com/a/357718033_652743
[6]http://www.cena.com.cn/semi/20210318/111085.html
[7]https://ee.ofweek.com/2021-02/ART-11000-2801-30487049.html
[8]https://www.eet-china.com/mp/a30247.html
[9]https://www.zhihu.com/question/406672027/answer/1393771464