基于云制造服務(wù)的半導(dǎo)體晶圓制造廠

李繼承

摘 要：云制造（CMfg）是新一代面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)制造模式，能夠?yàn)榉植际接脩籼峁┘泄芾淼闹圃熨Y源、能力和服務(wù)。在本研究中，會(huì)將CMfg應(yīng)用到晶圓制造廠（wafer fab）中進(jìn)行仿真。通過(guò)云服務(wù)供應(yīng)商、軟件供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商和晶圓廠的合作，提出幾個(gè)CMfg服務(wù)來(lái)協(xié)助模擬活動(dòng)，提升工廠競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：云制造；制造模式；半導(dǎo)體；晶圓制造廠

中圖分類號(hào)：TM23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0018-02

1 概述

半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，尤其是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）行業(yè)，正變得越來(lái)越激烈，在這個(gè)行業(yè)中生存是很困難的[1][2]。最近發(fā)生的一些事件突出了這個(gè)事實(shí)：2008年12月，臺(tái)灣DRAM產(chǎn)業(yè)瀕臨破產(chǎn)；2009年1月，德國(guó)DRAM制造商Qimonda宣布破產(chǎn)；2012年2月，日本DRAM制造商Elpida申請(qǐng)破產(chǎn)保護(hù)。基于以上現(xiàn)實(shí)，本研究的目的是評(píng)估應(yīng)用CMfg技術(shù)來(lái)增強(qiáng)半導(dǎo)體制造商的競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)性的可行性。將晶圓廠模擬成云服務(wù)，作為一個(gè)例子來(lái)探討CMfg如何提高管理晶圓廠的效率。

2 晶圓廠模擬成云服務(wù)（FSaaCS）

未來(lái)的CMfg將會(huì)面臨六個(gè)問(wèn)題，包括高速、遠(yuǎn)程工業(yè)控制系統(tǒng)、靈活性支持、商業(yè)模型、制造業(yè)中的云計(jì)算應(yīng)用以及有效的實(shí)施架構(gòu)[3]。從CMfg的制造業(yè)角度來(lái)看，通過(guò)重新分配機(jī)器來(lái)消除晶圓廠的瓶頸是一個(gè)可行的方向。

晶圓廠是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，通常涉及數(shù)以千計(jì)的機(jī)器，這種系統(tǒng)的模擬是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。模擬晶圓廠步驟如圖1。

其中，CMfg至少可以在以下幾個(gè)方面發(fā)揮作用：

（1）準(zhǔn)備和分析數(shù)據(jù)：云服務(wù)提供商使用他們的統(tǒng)計(jì)分析軟件來(lái)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，從而提供此功能，所謂的“統(tǒng)計(jì)分析”是一種云服務(wù)（SAaaCS）。

（2）定義設(shè)備：盡管可視化對(duì)于模擬晶圓廠來(lái)說(shuō)可能不太重要，但關(guān)鍵的組件是可視化的模型、圖片以及其他設(shè)備的基本數(shù)據(jù)，都能從設(shè)備供應(yīng)商共同維護(hù)的一個(gè)范圍中引用，所謂的“設(shè)備定義”是一種云服務(wù)（EDaaCS），其概念如圖2所示。

（3）構(gòu)建布局：諸如Autodesk 360之類的云服務(wù)已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于設(shè)施布局，所謂的“設(shè)施布局”，即云服務(wù)（FLaaCS），F(xiàn)LaaCS對(duì)于晶圓廠的可伸縮性很重要（參見圖3）。

（4）定義和轉(zhuǎn)換配方：在獨(dú)立的工廠仿真系統(tǒng)中，不同的系統(tǒng)記錄配方的格式通常不同；另外，其中一些系統(tǒng)是基于順序操作的，而另一些是面向?qū)ο蟮模淮送猓恍┣度氲讲僮髦械某绦蚩梢杂貌煌恼Z(yǔ)言進(jìn)行編碼。在為定義配方設(shè)計(jì)云服務(wù)時(shí)，必須解決這些困難，定義配方為一個(gè)云服務(wù)（DRaaCS）。此外，云服務(wù)提供商還可以幫助定義生產(chǎn)特定產(chǎn)品的配方，或者在設(shè)備供應(yīng)商的幫助下，轉(zhuǎn)換配方或制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。所謂的“配方轉(zhuǎn)換”作為一種云服務(wù)（RCaaCS），如圖2中所示。這被認(rèn)為是晶圓廠的互操作性的重要一步。

（5）運(yùn)行仿真：理論上，通過(guò)一些方法，CMfg能夠給晶圓廠仿真模型的運(yùn)行提供幫助，將運(yùn)行模擬作為一個(gè)云服務(wù)（RSaaCS）。考慮到這些不同治療方法的難度和效果，RSaaCS可以用一個(gè)四層的金字塔來(lái)概括（見圖4）。

3 結(jié)束語(yǔ)

上述一系列的云制造（CMfg）服務(wù)中，包括SAaaCS，EDaaCS，RCaaCS，F(xiàn)LaaCS，DRaaCS和RSaaCS，已經(jīng)被提議通過(guò)云服務(wù)供應(yīng)商、軟件供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商和晶圓廠的合作來(lái)協(xié)助完成相應(yīng)的模擬活動(dòng)，將這些CMfg服務(wù)創(chuàng)建成了一個(gè)集成的晶圓廠云服務(wù)。通過(guò)加強(qiáng)云制造服務(wù)，提升半導(dǎo)體制造商的競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]ACEsuppliers.Available online： http：//ssttpro.acesuppliers.com/semiconductor_news/hi_tech_enews_NewsId_6173.html （accessed on 11 November 2013）.

[2]The Liberty Times.Available online： http：//www.libertytimes.com.tw/2013/new/sep/5/today-e12.htm（accessed on 11 November 2013.

[3]趙陽(yáng)，楊志和.基于云計(jì)算的半導(dǎo)體制造企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)重構(gòu)[J]. 上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，18（05）：306-310.endprint