自德州儀器工程師Jack Kilby在1958年發(fā)明集成電路以來,，這個新產(chǎn)業(yè)在過去幾十年里飛速發(fā)展,，并逐漸走進了各個領(lǐng)域。因為其關(guān)系到國計民生的方方面面,，這個“小東西”在近幾年受到了全球的高度關(guān)注,。尤其是近幾年，因為缺貨風波和地緣政治的影響,，半導體的地位變得前所未有的重要,。
然而，作為全球最大的半導體消耗國,，我國在半導體領(lǐng)域卻沒有獲得相應的地位,。
據(jù)彭博社統(tǒng)計，2020年,，中國大陸的芯片進口額攀升至近3800億美元,，約占國內(nèi)進口總額的18%。知名分析機構(gòu)IC Insights的數(shù)據(jù)則顯示,，2020年,，中國大陸的集成電路市場增至1434億美元，然而其中僅有15.9%是由中國大陸生產(chǎn)的,。如果僅統(tǒng)計總部位于中國大陸的公司的產(chǎn)值,，則只有83億美元，僅占中國2020年IC市場總量的5.9％,。
由此可見,，大力發(fā)展國內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)迫在眉睫。
中國從各個地區(qū)進口芯片的統(tǒng)計（source:彭博社）
作為一個坐擁全球最完整供應鏈的國家,，中國在集成電路的設(shè)計,、生產(chǎn)、封測,、測試,、材料和裝備方面都有布局,，但我們并沒有獲得相應的集成電路成績。這一方面固然與我國上述領(lǐng)域都存在短板有關(guān),。更重要的是，在行業(yè)專家看來,，缺乏以市場最優(yōu)的成本,、按時足量地生產(chǎn)出穩(wěn)定、高品質(zhì)半導體產(chǎn)品的能力,，是中國半導體難以生產(chǎn)出具有市場競爭力產(chǎn)品的命門,。
復雜的半導體制造
在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中，半導體制造是最重要的一環(huán),，是把設(shè)計落地,、邁出走向應用的關(guān)鍵一步，但這又是極其復雜的一環(huán),。據(jù)相關(guān)資料顯示,，要制造一顆芯片，需要涉及到五十多個行業(yè),，2000-5000道工序,。如下圖所示，晶圓代工廠里繁復的制造步驟下每一個環(huán)節(jié)都給芯片制造廠商帶來了巨大的挑戰(zhàn),。
芯片的主要制造步驟（source：西南電子）
以芯片制造中的CMP（化學機械拋光）為例,，這是一項用于去除沉積金屬或介質(zhì)材料并平坦化晶圓表面的技術(shù)，是晶圓生產(chǎn)中的關(guān)鍵制程,。這個概念看似簡單,，但在實際生產(chǎn)中，CMP要同時滿足材料去除的均勻性,、更高生產(chǎn)效率和更低成本的嚴苛要求,，這就使其復雜程度大增。
CMP機臺構(gòu)造和工作原理（sourse：未來智庫）
相關(guān)資料顯示,，CMP制程中會出現(xiàn)溝槽深度,、金屬膜厚波動等幾十種缺陷，這些異常對產(chǎn)品電性參數(shù)和良率產(chǎn)生極大的影響,。其中,，膜厚的穩(wěn)定對制程來說尤為重要。
統(tǒng)計顯示,，CMP膜厚異常,、缺陷與包括前程工藝、本制程的設(shè)備與制程參數(shù),、甚至材料批次等生產(chǎn)過程中涉及的多種復雜因素有關(guān),。在如此海量的因子影響并且相互關(guān)聯(lián)的情況下,，工程師無法通過過去的工具和技術(shù)很好地單獨分析出實際的影響因子，提升良率,，保證工藝的穩(wěn)定和產(chǎn)品的質(zhì)量,。
良率決定競爭力
行業(yè)專家同時也指出，提高生產(chǎn)良率,，將直接影響和優(yōu)化生產(chǎn)周期,，極大降低生產(chǎn)成本，從而強化產(chǎn)品以及企業(yè)的市場競爭力,。而隨著半導體制造生產(chǎn)流程和工藝越來越復雜,，制造過程也越來越具有挑戰(zhàn)，良率提升變得異常困難,。從相關(guān)分析看來,，造成這種困難的主要原因有以下幾點：
1.制程工序復雜。產(chǎn)品需要經(jīng)過幾百道復雜的工序加工,，每個工序都要求幾乎100%的良率,，否則，良率乘積關(guān)系會迅速破壞整體良率,；
2.制程高度重入,。產(chǎn)品需要多次重復進入相同的制程進行加工，每次都將面臨漸進偏移（Shift）或突變漂移（Drift）等變異現(xiàn)象,，品質(zhì)問題的根源在于高變異,；
3.品質(zhì)實時控制難。良率故障只能通過抽檢檢測發(fā)現(xiàn),。檢測本身的滯后性和抽檢的概率性,，嚴重影響品質(zhì)數(shù)據(jù)的實時獲得，進而影響品質(zhì)的實時控制,；
受限于技術(shù),，這其實是過去多年來困擾行業(yè)的一個難題，但進入最近幾年,，從業(yè)者似乎已經(jīng)找到了一個新的答案——那就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助力升級
根據(jù)工業(yè)和信息化部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項工作組印發(fā)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021-2023年）》，所謂工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),，是新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟深度融合的全新工業(yè)生態(tài),、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和新型應用模式。它以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),、平臺為中樞,、數(shù)據(jù)為要素、安全為保障，通過對人,、機,、物全面連接，變革傳統(tǒng)制造模式,、生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)業(yè)形態(tài),，構(gòu)建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈,、全價值鏈全面連接的新型工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系,，對支撐制造強國和網(wǎng)絡(luò)強國建設(shè)，提升產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平,，推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和構(gòu)建新發(fā)展格局，都具有十分重要的意義,。
國內(nèi)領(lǐng)先的高端制造業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)公司——格創(chuàng)東智科技有限公司指出,，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、模式等與各行業(yè)的生產(chǎn)實踐,、行業(yè)特性,、知識經(jīng)驗緊密結(jié)合，可以解決生產(chǎn)痛點問題,，為生產(chǎn)帶來真正的價值,。其中，半導體制造正是他們聚焦的一個方向,。
還是以半導體制造中的CMP為例,。其實要控制生產(chǎn)變異，提升半導體制造的良率,，就要做到三點：第一,，需要在生產(chǎn)過程中獲得全面的數(shù)據(jù)，監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境,；第二,，還需要獲得品質(zhì)全檢數(shù)據(jù)，進而監(jiān)控生產(chǎn)品質(zhì)參數(shù)的變異性,；第三,，能實現(xiàn)實時工程過程反饋和控制，保障生產(chǎn)系統(tǒng)的波動處于穩(wěn)定的最優(yōu)受控狀態(tài)也是關(guān)鍵,。
換而言之,，就是形成一個全面實時數(shù)據(jù)分析和工程過程控制（Engineering Process Control，EPC）的品質(zhì)控制閉環(huán),，通過持續(xù)地調(diào)整和優(yōu)化操作變量來補償生產(chǎn)變異對制程所造成的干擾與影響,，保持輸出產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定。
“這三點就構(gòu)成了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的 R2R 批間控制（Run to Run Control，簡稱 R2R）方案的核心架構(gòu)（詳細架構(gòu)見下圖）,?！备駝?chuàng)東智強調(diào)。
方案總架構(gòu)
格創(chuàng)東智繼續(xù)指出,，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能廣泛連接各種半導體生產(chǎn)要素,，全面獲得、存儲,、管理和分析與品質(zhì)相關(guān)的實時數(shù)據(jù),，解決數(shù)據(jù)缺失問題；而虛擬量測（Virtual Metrology,，VM）通過人工智能算法對大量生產(chǎn)品質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)進行學習,，利用抽檢數(shù)據(jù)不斷的修正和優(yōu)化，取得品質(zhì)關(guān)鍵指標與制程數(shù)據(jù)之間的關(guān)系預測模型,，從而對生產(chǎn)品質(zhì)進行預測,，以數(shù)字化方式“實時”提供全檢“量測”數(shù)據(jù)。
至于R2R 智能控制器,，則結(jié)合了統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control,，SPC）和先進過程控制（Advance Process Control，APC）的優(yōu)點,，在全面生產(chǎn)要素數(shù)據(jù)和虛擬量測全檢數(shù)據(jù)的驅(qū)動下,，將反饋機制與前饋機制加入統(tǒng)計過程控制，根據(jù)前幾批生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù),、量測數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)來優(yōu)化和調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備上的制程參數(shù),，從而消除或減少環(huán)境、設(shè)備,、制程參數(shù)的突變漂移,、漸進偏移等生產(chǎn)變異現(xiàn)象對半導體產(chǎn)品品質(zhì)所造成的影響，降低操作失誤,，達到提高產(chǎn)品品質(zhì)的目的,。
國內(nèi)某晶圓廠的R2R具體實施計劃和步驟
據(jù)格創(chuàng)東智介紹，他們在國內(nèi)某晶圓廠中部署了其R2R方案,，讓客戶產(chǎn)能,、良率都獲得了明顯的提升，人力成本也同步下降,。與此同時,，借助其數(shù)據(jù)分析算法等多方面的能力，格創(chuàng)東智幫助客戶的工作人員提升了數(shù)據(jù)分析能力與速度,，還幫助企業(yè)培養(yǎng)了多因子分析師,。這都是客戶未來不可多得的財富。
某晶圓廠R2R系統(tǒng)實施流程再造
格創(chuàng)東智以該晶圓廠某產(chǎn)品Cu CMP制程改造前后的效果為例，說明了他們這個方案的價值,。
他們指出,，在他們系統(tǒng)上線后，100% OOS（out of specification）異常樣品可以通過系統(tǒng)找出根因進行參數(shù)調(diào)整,，75%以上OOC（out of control）異常樣品可以找出根因進行參數(shù)調(diào)整,。而膜厚預測準確率>98%，平均值預測誤差<1%,，模型啟用有效比100%,。此外，產(chǎn)品實現(xiàn)系統(tǒng)自動對制程設(shè)備參數(shù)監(jiān)控及修正,，通過將制程數(shù)據(jù)和量測數(shù)據(jù)導入到R2R計算模型中,，R2R系統(tǒng)計算的準確提高超過10%，性能優(yōu)化明顯,。
2021年SEMICON China格創(chuàng)東智展位位于N2館No. 2703
2020年底,，格創(chuàng)東智攜半導體制造R2R極致品質(zhì)控制解決方案參加第二屆中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽，在1457個參賽團隊中脫穎而出,，獲得全國二等獎。能在半導體制造領(lǐng)域獲得如此優(yōu)越表現(xiàn),，這與格創(chuàng)東智過去幾年在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的積累密不可分,。
用智能平臺賦能更多行業(yè)
格創(chuàng)東智是一家由TCL戰(zhàn)略孵化的企業(yè)，匯聚了業(yè)界頂尖人才1000+人,，覆蓋云計算,、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng),、人工智能等領(lǐng)域,。依托TCL40年的多場景生產(chǎn)制造經(jīng)驗和優(yōu)秀的人才，格創(chuàng)東智自主研發(fā)豐富的產(chǎn)品家族——囊括多個核心能力平臺和應用,，為晶圓制造,、先進顯示、3C電子,、新能源制造,、鋼鐵制造、機械,、醫(yī)藥,、石化、裝備制造,、飛機制造,、冶金等30+個行業(yè)提供服務(wù)。
憑借出色的實力，格創(chuàng)東智在過去三年里服務(wù)了不少頭部客戶,，東智工業(yè)應用智能平臺是其主要抓手,。
東智工業(yè)應用智能平臺架構(gòu)圖
東智工業(yè)應用智能平臺致力于提供面向工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和智能應用等一站式的制造業(yè)數(shù)字化解決方案,。東智工業(yè)應用智能平臺作為一個創(chuàng)新的賦能中臺,，可調(diào)用四大核心能力平臺：IoT平臺、大數(shù)據(jù)平臺,、AI平臺,、技術(shù)中臺，幫助用戶快速構(gòu)建設(shè)備健康管理,、設(shè)備預測性維護,、產(chǎn)品質(zhì)量分析及改善、AI視覺檢測,、供應鏈優(yōu)化等豐富的工業(yè)應用,。
從格創(chuàng)東智提供的資料我們可以看到，東智IoT平臺提供一站式數(shù)據(jù)采集,、設(shè)備對接,、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理,、數(shù)據(jù)展示及數(shù)據(jù)分析功能,，幫助企業(yè)實現(xiàn)對工廠內(nèi)外設(shè)備的實時監(jiān)控和運維工作，降低設(shè)備異常停機時間,，提升工廠運營效率,。
東智IoT平臺架構(gòu)
東智大數(shù)據(jù)平臺是一個綜合型數(shù)據(jù)能力平臺，能從后臺及業(yè)務(wù)中臺將數(shù)據(jù)匯入,，進行數(shù)據(jù)的共享融合,、組織處理、建模分析,、管理治理和服務(wù)應用,，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準口徑，以API的方式提供服務(wù),。這樣不但能讓數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化,，避免“數(shù)據(jù)孤島”的出現(xiàn)，提升業(yè)務(wù)效率,，更好地驅(qū)動業(yè)務(wù)發(fā)展和創(chuàng)新,。同時還可以加速從數(shù)據(jù)導數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價值轉(zhuǎn)變，讓決策模式由“經(jīng)驗驅(qū)動”向“分析驅(qū)動”轉(zhuǎn)變,。
東智MFA多因子分析建模工具,，能夠快速確定生產(chǎn)異常根因,，在某液晶面板廠應用效果顯著：將液晶面板的不良品單位從批次縮小為單片。單廠年經(jīng)濟效益提升數(shù)百萬,。
東智大數(shù)據(jù)平臺
東智AI平臺則是基于深度學習算法的大數(shù)據(jù)應用平臺,，涵蓋模型訓練平臺、資源調(diào)度平臺和推理平臺三大模塊,，實現(xiàn)算法模型自主學習,、面向客戶的應用管理和硬件資源的合理調(diào)配。
基于東智AI平臺開發(fā)的視覺缺陷識別系統(tǒng),，AI識別速度提升5-10倍,，準確率從人眼的85%提升到90%以上；替代50%以上的人力,，實現(xiàn)超千萬每年的經(jīng)濟效益,。
東智AI平臺
基于上述平臺和中臺，格創(chuàng)東智能提供品質(zhì)工藝優(yōu)化,、設(shè)備健康管理,、能源管理優(yōu)化、機器視覺檢測,、生產(chǎn)運營優(yōu)化和供應鏈優(yōu)化等服務(wù),，以設(shè)備健康管理為例，某機械加工企業(yè)訂閱東智設(shè)備健康管理EHM不同功能套件,，滿足其對設(shè)備管理的全場景需求,，實現(xiàn)設(shè)備智能診斷、維護保養(yǎng),、預測維護、遠程維護,、備件預測等,。通過部署東智EHM，該企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值提升3%-5%,，設(shè)備異常停機時間降低10%-20%,，設(shè)備維護成本降低10%-15%。
基于在實踐中不斷積累的ITxOT融合能力,，格創(chuàng)東智還為客戶提供數(shù)字化工廠咨詢和智能裝備集成等支持,。
工業(yè)軟件國產(chǎn)化替代
2021年3月1日，作為行業(yè)領(lǐng)頭羊之一的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè),，格創(chuàng)東智CEO何軍受邀參加《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)座談會》,，與工信部領(lǐng)導、其它領(lǐng)軍企業(yè)代表一起為行業(yè)發(fā)展建言獻策,。在發(fā)言中,，何軍談到目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的挑戰(zhàn)之一是補鏈,，也就是完成高端裝備國產(chǎn)化替代；另一個挑戰(zhàn)則是高端產(chǎn)線裝備要實現(xiàn)軟硬件系統(tǒng)集成,?！耙虼似髽I(yè)要加大自研力度，打造專屬的設(shè)備研發(fā)制作機構(gòu),，解決硬件”卡脖子“問題,；堅定走國產(chǎn)化替代道路，解決軟件”卡脖子“問題,?！焙诬姀娬{(diào)。
對格創(chuàng)東智而言,，如果按照上述的方式繼續(xù)走下去,，那么他們既定的成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)界的“谷歌”和打磨讓中國人自豪的工業(yè)軟件的目標將指日可待。