半导体CIM系统：“两超”争霸“群雄”奋起

全球半导体的战争早已白热化，而解决半导体行业以及产业链上下游的“卡脖子”问题已经成为国内企业的共识。

为实现降本增效，进而快速抢占市场，我国部分半导体企业牢牢抓住市场增长的机遇窗口，纷纷探索数字化转型实践，业绩规模快速扩张；而半导体行业的数字化转型，离不开工业软件的加持。

半导体领域的工业软件统称为“CIM系统”，是半导体制造的生命级系统，由制造执行系统（MES）、统计过程控制系统（SPC）、设备自动化方案（EAP）、配方管理系统（RMS）、良率管理系统（YMS）等数十种软件系统组成，拥有很高的准入门槛。过去数十年间一直由国外企业所垄断，近两年随着国产替代呼声渐高，中国厂商逐渐进入舞台中央。

从当前来看，国内半导体CIM系统格局已经进入了“两超”争霸，“群雄”奋起的局面，“两超”指的是IBM和应用材料，“群雄”就是国内渐渐从夹缝中的崛起的半导体CIM系统提供商。

工业软件国产化的“高地”

从应用领域来看，工业软件“国产化”有一个难以攻破的“高地”，就是半导体行业。业内人士认为，在高度重视品质、良率、产能，且生产流程复杂的行业，智能制造工业软件必不可少，半导体制造产业就是这类行业的代表。

此前在接受5G产业时代的采访时，铠铂科技董事长王善谦就提到，半导体其实不是一个技术，而是一门艺术，你没有办法想象做半导体有多难，它的难不是体现在它的精细，而是就算把设备送给你，都不见得能够做出来。

众所周知，由于半导体制造的复杂性，其对工业软件的要求也非常高。一方面，晶圆厂投资金额巨大，12英寸晶圆厂所耗费的金额超过百亿元，一旦停机损失巨大，需要整个系统有非常高的稳定性。

据悉，随着晶圆尺寸从4英寸变为6英寸、8英寸、12英寸，芯片性能和制造要求在不断提升，晶圆厂的自动化水平也在不断提升，从人工产线变为半自动产线、全自动产线，目前，12寸晶圆制造代表了晶圆制造的最高水平，其所使用的智能制造软件必须满足工艺复杂、工序繁多的全自动生产需求。

业内人士认为，随着晶圆日趋增大和关键尺寸的不断缩小，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，因而先进制程控制（APC）成为不可或缺的关键系统，该系统通过实时调整生产工艺配方的参数，以达到控制制程质量的目的，从而提高产品良率。

另一方面，半导体供应链具有生产环节繁多、高度协同等特点，对整个上下游产业链的数据传输效率、准确性等方面要求非常高。

在半导体晶圆厂中，一颗芯片需要经过薄膜沉积、光刻胶涂敷、光刻显影、刻蚀、量测、清晰、离子注入等多个环节和工序，在12英寸产线中工序甚至可以达到上千步。因此每颗芯片在生产中的数据都十分庞大，其数据量级也随着制程演进而快速增长。根据应用材料的数据，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。

为了优化12寸晶圆厂的生产工艺和制程，使用AI深度学习实现数据分析也成为了当前的一大趋势，不过虽然部分12寸晶圆厂应用了深度学习、机器视觉等人工智能技术，但距离大规模应用仍有不短的距离。

正是因为半导体行业对工业软件的稳定性和集成性要求特别高。所以一直以来，半导体行业推动软件国产化的难度都比较大。目前IBM和应用材料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。

虽然国内半导体CIM系统仍有差距需要追赶，但无论如何，国内半导体CIM企业融资与投资仍在疾速增长，而这或许能为行业带来更快速的发展变量。

可以看到，目前已经崭露头角的国产半导体CIM系统企业都已经获得资本的关注。以上扬软件为例，2017年，上扬软件获得了深创投的A轮融资；2019年获得北京屹唐华创、上海物联网的B轮融资；2021年5月，上扬软件完成数亿元C轮融资。而在去年和今年，芯享科技、赛美特、哥瑞利、铠铂科技都先后获得一轮甚至多轮融资。

就在刚刚，赛美特宣布已于近期完成总额高达5.4亿元的A++轮及B轮融资，投资方包括互联网大基金、比亚迪股份、韦豪创芯、高瓴创投、上海科创、上海自贸区基金、天善资本等。

“两超”是如何形成的？

在整个CIM系统中，MES是核心，被喻为芯片制造的“大脑”，控制和管理芯片制造的全过程。

最早的的时候，MES系统就是起源于半导体的行业需求。在半导体产业严格的过程管理的需求下，催生了高度行业化以及定制化的MES制造执行系统，并演化成可集成模式的I-MES制造执行系统套件。

20世纪70年代，美国MES厂商Consilium开发出CAM（计算机辅助制造系统）-Comet系统。该系统主要用于计算机数控机械，但是也包括工厂管理和制造控制，需要负责收集生产信息、辅助决策、传播指令和控制信息等。这一阶段的CAM软件已经十分接近MES的理念了。

之后，Consilium开发出第一款实际意义上的半导体MES系统Workstream，凭借低价销售策略，Consilium在相当长一段时间里都是全球第一大半导体MES供应商，其客户遍布世界各地，英飞凌、英特尔等厂商都采用了其产品。

在Consilium发行Comet之后，加拿大MES供应商Promis也推出了自家的PROMIS MES产品。1996年，英国晶圆厂Newport Wafer Fab宣布采用Promis，其系统订购价超过100万美元；1997年，联电下属的8英寸晶圆厂也宣布和Promis达成超过150万美元协议。此时，中国台湾地区排名前五的晶圆代工厂中联电、先进半导体、台积电、茂矽4家都采用了Promis的MES系统；1998年6月，当时的半导体巨头摩托罗拉也采用Promis产品作为其全球晶圆厂及下一代12英寸晶圆厂整合的基础，进一步推动Promis成为半导体MES领域的龙头。

1995年，由于半导体行业的萧条，Consilium连续六个季度业绩下滑，在1996年和1997年利润均为亏损态势。1998年10月，应用材料以价值4200万美元的股票交换收购了Consilium。Consilium被应用材料收购后，其推出了下一代MES- FAB300系统，FAB300部署在主要的300mm和200mm半导体设施中。

1999年，Promis被美国自动化系统厂商PRI Automaiton以4800万美元收购；2001年，PRI Automaiton又被Brooks Automation以70亿美元的价格收购；2007年，应用材料以1.25亿美元收购Brooks Automation下属的事业部Brooks Software，该事业部也包含了此前的Promis。虽然Promis几经转手，但是其MES系统至今仍是全球8英寸晶圆厂选用最多的MES系统。

通过收购Brooks Software和Consilium，应用材料发展成为全球半导体MES霸主。构建起一个覆盖PROMIS、FACTORYWORKS、FAB300、300WORKS等主流MES系统的产品线。而除了各大主流MES系统外，作为全球半导体设备龙头，应用材料MES系统和自家设备的强大生态也是其产品竞争力的一部分。

相比于应用材料的并购扩张，IBM的MES系统则借助了自家晶圆厂和软件研发上的实力。1995年，IBM推出了POSEIDEN系统，1999年又基于POSEIDEN系统发布了SiView系统。IBM宣称，SiView系统可实现全自动化的单晶圆控制，并处理在同一产线中多批次的产品。此外，SiView系统可以在不影响晶圆厂生产的情况下进行安装，并能够在安装后立即开始运行。

SiView系统发布后，IBM将其用于自己的12英寸产线，之后，SiView系统又被格芯、台积电等厂商所采用。半导体MES两大巨头争霸的局势基本形成。

群雄奋起

对于最被卡脖子的半导体、电子行业来说，从中美贸易战开始，“国产化”已然是一个大趋势。这两年，在政策和资本的大力支持下，国产CIM系统也正在夹缝中突围，并跑出了几家领先企业。其中就包括上扬软件、铠铂科技、赛美特、芯享科技、哥瑞利等。

提到国产半导体CIM系统企业，就绕不开上扬软件。2000年，上扬软件依靠最初的12名员工，顺利完成了绍兴华越微电子五寸晶圆厂MES的开发，同年在华越上线使用，2001年这套系统被用于上海新进半导体六寸线，至今仍被客户使用，这也是中国本土自主研发的用于晶圆厂流程的第一套MES系统。

myCIM是上扬软件在半导体领域的主要产品，拥有产品工艺规划（PRP）、花篮管理(CMS)、工艺菜单管理(RCP)等模块。myCIM从最初的1.0版本进化为最新4.0版本。myCIM4.0攻入12英寸晶圆市场，弥补了国内12英寸晶圆MES系统产品空缺。

据公开资料显示，赛美特于2020年通过并购成立，成功合并了具有多年半导体行业经验积累的上海特劢丝和固耀SEMI Integration、深圳微迅三家公司，赛美特方面称，其优势之一就是多元化产业布局。固耀和特劢丝这两家是和半导体紧密相关的，现在分别成为了赛美特的自动化事业部和MES事业部，基本上能提供整个半导体智能制造软件的解决方案。除此之外，数字化事业部（深圳微迅团队）主要面向非半导体领域，比如电子组装、新能源、汽车配件、轨道交通、医疗、家居等，这也是未来赛美特发展的另一个增长点。

在成立初期，赛美特就以“填补国内相关领域的空白”为目标，据悉，青岛芯恩是赛美特里程碑式的项目，目前8寸厂已经量产，12寸厂的系统也正式上线，实施过程十分顺利。

而另一家通过并购实现壮大的企业是铠铂科技。2022年1月14日，在年会盛典上，铠铂科技宣布全资收购杰达新信息科技（上海）有限公司、深圳杰达信息科技有限公司、成都杰达信息科技有限公司。杰达具有16年大中型企业客户的信息化实施经验，拥有40+项自主知识产权及专利技术，300+具备丰富IT咨询和实施经验的复合性人才，服务过全球第一的PCB企业鹏鼎控股，以及广合科技、方正PCB、依顿电子、特创科技、晶科太阳能、日月光、英飞凌、京东方、富士康、华润微电子、中芯绍兴、天域半导体等众多头部客户。

正是因为看到了自主工业软件的“春天”已经到来，王善谦才创立了铠铂科技。当前，铠铂科技正在致力于打造一款通用性强的工业软件产品。在成立初期，铠铂科技就将自己定位为做产品的公司，而不是做系统集成的企业，已经在计划打造生态体系，通过培养第三方代理合作伙伴来实施软件方案。

值得欣喜的是，在国产化替代浪潮下，国产CIM系统企业也在不断实现新的突破：2021年12月，上扬软件先进过程控制(APC)软件出口美国，这是国产半导体工业软件首次出口美国，上扬软件方面表示， 过去，中国工业软件企业更多的是为海外企业提供简单的人力外包服务，如今，我们已经有能力提供高价值的技术输出服务。同期，上扬软件为上海显耀实施的Micro LED制造执行系统MES（myCIM）项目在浦东临港正式启动，这是国内首个应用MES系统的微显示器Micro LED量产线。此次合作又实现了一次“零突破”，将显耀的生产线打造成为国内首个应用智能制造系统的Micro LED量产线，这也推动了中国新一代显示技术的智能化生产应用。

“经过一段时间的整合，现在的赛美特已经是一家收入过亿，拥有近300人的团队的朝阳企业。”赛美特董事长李钢江说。2022年无疑是赛美特加速扩张的一年，3月，赛美特先后成立了成都、北京子公司，此前，赛美特就已经在苏州、深圳、新加坡和马来西亚成立了子公司。

沿着打造一家产品型企业的思路，目前铠铂科技的端到端CIM解决方案，不仅打通了底层产线设备连接的物理链路，同时还实现了从设备数据收集整理到数据转换，以及生产管理执行、ERP管理、数据分析等。而且各个模块之间都做了非常良好的软件解耦，产品交付速度快，可扩展性强，能够基于不同行业客户的不同需求，以模块化“搭积木”的形式进行快速迁移开发。在半导体、PCB行业，铠铂科技产品可以做到60%的模块化。

哥瑞利高级副总裁李遒也提到，我们当前已经不再是传统智能制造企业，哥瑞利针对半导体这样的高端制造行业已研发并落地低代码平台，新产品RPA（机器人代操系统），成功落地半导体12寸CIM案例，立志成为行业先驱。