芯片制造领域的EDA，半导体CIM/MES登顶工业软件难度之巅

文章 | Tora（芯榜北京），William（芯榜深圳）

编辑 | 芯榜深圳团队

近日美国国会众议院通过了涉及2800亿美元的《芯片和科学法案》，并已由美国总统拜登签署成为法律，该法案将向半导体产业提供约527亿美元的资金补贴，以鼓励企业在美国研发和制造芯片，并为企业提供25%的投资税抵免（约242亿美元），该法案的实施预计可撬动十倍以上的半导体制造产业投资，影响深远。

叠加当前复杂地缘政治形势及新冠疫情的持续，中国大陆半导体制造业发展也要有自己的一套应对措施，包括是不是倡议全面布局中国版本的Chip 4联盟体系。在这样全球变革的“时间窗口”，半导体CIM行业有望迎来发展机遇。

01 半导体CIM/MES集大成者

CIM是生产控制类工业软件的“大集成”，更有助于理解的是、很多时候我们推行“行胜于语言”或者“知是行之始，行是知之成”，“做到”比“知道”更重要，这就是说半导体及集成电路产业，为什么晶圆/芯片制造的环节是资本密集、技术密集的核心产业链环节，而此前大部分关注的EDA/IP等则集中在芯片设计领域，距离智能制造大规模流片量产的环节，还有一定的“产业链”距离。做到、做出产品，其中隐蔽工程或者隐含的know-how是众多工业系统及软件的鲜为人知的难点。

随着晶圆代工技术更新迭代，8英寸和12英寸晶圆已成为晶圆代工厂的主流配置。其中，8英寸主要用于成熟制程及特种制程，在下游NOR Flash、指纹识别芯片、电源芯片等产品需求的驱动下，8英寸晶圆代工产能目前处于供不应求的状态，已有部分客户开始将产品从8英寸转向12英寸生产。12英寸的晶圆直径为300mm，其面积是8英寸晶圆的2.25倍，晶圆尺寸的扩大使每片晶圆可切割的芯片数量上升。随着晶圆尺寸的升级以及良率的上升，单位面积芯片的成本将显著降低，晶圆厂追逐12英寸大尺寸产线的建设升级是大势所趋。

在系统集成和自动化程度方面，8英寸以半自动厂为主，12英寸基本都是全自动，而在一座12英寸晶圆厂中，每一片晶圆要在几百甚至千台设备间、工艺往复的流转，生产工序超过千道，任何一个环节出差错都会直接影响良率和效率。而要确保上千道环节中的“人、机、料、法、环”协同顺畅并非易事，先进制造工厂对于一套高效可靠的半导体CIM/MES工业制造软件的依赖将越来越大。一定程度上，CIM/MES工业软件系统的优劣将影响半导体工厂的良率控制、成本效益和生产效率，决定半导体制造企业的订单能力和议价能力，最终决定市场竞争力。

据芯榜团队实际调研和行业实践的了解，世界上绝大多数的半导体制造企业都采用IBM和美国应用材料（Applied Materials）的MES/CIM软件，由于欧美是工业软件起源地，也是工业软件最大的市场，而且半导体工业软件需要时间积累，在项目的实施过程中不断完善，国外占据了时间和市场的先发优势。在半导体国产化替代、大数据信息安全的浪潮下，国内半导体系统和工业软件仍有角力空间及破局机会。

CIM集合数十种工业软件于一身，行业进入门槛较高。CIM(Computer Integrated Manufacturing,计算机集成制造）最早是Joseph Harrington博士在1974年发表的论文《Computer Integrated Manufacturing》提出的，CIM是组织、管理、运营、协作智能制造企业的生产工具系统，通过创建自动化制造流程，替代人力并全面提升制造效率。CIM系统由数十种软件组成，如核心的制造执行系统MES、设备自动化EAP、先进制程控制APC、实时调度系统RTD、自动排产系统APS等等。在上周芯榜北京团队拜访清华相关教授的时候，交流观点显示，半导体CIM/MES系统大集成进入门槛高，需要多方协作配合也需要在生产控制、企业管理、多级协作等拥有大量行业细分领域的know-how和系统集成与软件开发能力，CIM是智能制造和工程的沉淀和知识的“结晶”。

半导体生产制造CIM/MES与产业链示意图

资料来源：CSDN，华泰联合证券研究，2022年8月。

02 上扬软件从“崭露头角”到“破局之路”

芯榜持续关注的中国半导体MES/CIM软件行业企业——上扬软件，自 2001年自主研发的中国大陆用于晶圆厂流程的第一套MES系统至今，上扬软件以其攻坚克难、诚信、善良、勤劳的核心价值观，二十年如一日的对行业热爱和坚守，先后完成国内从4/5/6英寸到多家8英寸厂的MES/CIM软件系统建设及验收交付，在12英寸晶圆厂MES/CIM软件系统上也实现重大突破，完成用于12英寸半导体量产线MES系统myCIM 4.0开发。

工业软件是中国制造业由“大”到“强”的工业4.0转型升级不可或缺的重要环节，上扬软件将长期受益于“卡脖子”技术突破、国产化替代、国家半导体智能制造核心数据安全的三大β红利驱动优势加持，未来有望保持中高速稳健增长，成长确定性强，属于战略性稀缺标的。

上扬软件近期主要订单和客户情况

资料来源：上扬软件官网，芯榜，2022年8月。

上扬软件从1999年正式成立至今已逾二十年，公司是国内最早专门为半导体、太阳能光伏、LED、面板等高科技制造业市场龙头提供整体解决方案的软件公司，创下8英寸到目前12英寸晶圆厂MES/CIM系统多个“首次最佳实践”，首个国产半导体工业软件出口美国，首个使用国产MES的8寸量产线：产能达10万片/月，首个Micro LED量产线MES项目等。上扬软件将长期受益于“卡脖子”技术突破、国产替代和国家半导体智能制造核心数据安全三大β红利，未来有望保持中高速增长，成长确定性强，且是战略性稀缺标的。

CIM相当于半导体制造环节的“EDA”、重要性和“EDA”相当。在半导体及集成电路领域，主要的台积电等国际头部IDM或Foundry企业，基本采用美国应用材料（Applied Materials）和IBM两家国际大厂的CIM/MES系统，工业软件的产业发展历史也离不开自研和并购的道路。早在1995年IBM发布的POSEIDEM系统，到1999年基于此系统迭代开发SiView系统，到1998年美国应用材料收购Cosilium，2006年收购Brooks Automation旗下的Brook Software部门，目前海外厂商也持有者很多工业、智能制造和工程领域的秘密配方（Secret Recipe），这也是隐蔽的Know-how，因此工业软件在行业摸爬滚打的实际经验、可靠性、效率等都是“实践出真知”的具体体现。

03 国产MES/CIM软件的未来

工业软件难以速成，处于金字塔顶端的半导体MES/CIM系统解决方案更是如此。开发难，达到成熟、好用、高效、可靠更难，回顾国际MES/CIM软件系统巨头IBM和应用材料（Applied Materials）的成长之路，实际上就是一部伴随着半导体产业发展的并购史，利用先发优势通过资本运作不断增加自身实力，并结合晶圆厂的超大规模投资特点，与晶圆厂形成极强粘性，最终垄断市场。

国内的MES/CIM软件企业发展时间短，更需要国家政策扶持、资本助力以及客户支撑，在半导体制造、大数据和信息安全的这个核心子领域实现国产化替代全面突围。

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