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科技正能量 · 2022年11月28日 · 北京市

华为:半导体智能工厂的“数字底座”

过去的50年发展起来的半导体制造技术,逐渐成为了支撑数字社会不断发展的基石。

而随着数字经济时代的到来,作为新一代数字技术的重要基础,半导体产业的增速明显高于全球GDP的增速,依然是最具发展潜力的高科技产业之一。

从全球市场来看,尽管2022年受全球经济放缓影响,半导体市场增速有所回落,但长期向好态势不变。预计2030年全球半导体市场规模有望增长到万亿美元。

半导体产业链有明确的产业分工,中国在半导体制造方面,有较深厚的积累,并且发展速度很快,如今则面临向智能制造演进的新考验。

“良率”问题逼出来的智能化升级

半导体制造业,良率是一个决定性的因素。

随着半导体制造工艺越来越高,其制造难度及品质管控也在呈指数级增长。半导体制造工艺的复杂性在于:生产步骤多达上千步,每道工序工艺参数多达上千,因此几乎每个制程步骤的良率都必须接近100%,才能确保最终生产良率维持在可接受的水平。

举个例子,假设有一种包含1000道工序的半导体工艺技术,若是每一道工序产品良率为99.9%,则最终的产品良率仅为36.7%,可见半导体制造业之难。

半导体制造业,要实现稳定的良率,就必然要向智能化技术要效率,对生产流程的每一道工序进行精细化的数据分析,以保证良率和产能。

和传统制造业通过ERP来提质增效相似,半导体领域的软件系统叫做CIM系统,是由制造执行系统(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。

通过CIM,半导体工厂可以提升生产效率,降低错误,提高良率,由此业务对生产系统也提出了更高的要求:比如更高的设备稼动率,更高效的整厂生产效率,更低的错误发生率,发生错误时能快速找到原因,良率得到进一步提升,新的工艺制程能快速跑稳,新订单能快速量产和更加灵活地应对客户的需求,订单能按时出货。

同时也对底层支撑的IT系统提出了挑战,如何通过高可靠、高扩展性、高性能和数据安全的系统来支撑半导体制造业迈向智能制造,就成为一个新的课题。

六大创新,赋能半导体制造智能化升级

国内半导体行业也不乏优秀的企业,如赛美特是一家工业智能制造系统提供商,专注于为半导体及泛半导体行业客户提供整体解决方案及服务,致力于提供一站式国产CIM系统集成解决方案。

华为也在通过CIM基础设施方案,基于丰富的产品组合,为智能工厂提供数字底座。按照华为政企智能制造半导体电子行业解决方案总监艾小平的介绍,这套方案共有六大架构创新:

第一,当下主流的IT架构,正从“以资源为中心”向“以应用为中心”的架构演进,其本质是为了提升资源利用率,提升业务敏捷性,降低故障恢复响应时间。华为的第一个架构创新,就是引入容器技术,以此来大幅提升系统可用性和效率。

第二,数据库是一个系统的内核,承载了关键业务数据的价值。数据作为企业的核心资产,数据库作为关键技术,实现国产化至关重要。华为通过高斯数据库的极致性能,可以帮助半导体制造企业实现性能和可靠性的提升。

第三,良率的提升有赖于数据链条的完整性,以及每一个工艺环节的数据分析,因此需要大数据技术为其赋能,华为的架构创新,通过大数据技术,提供数据库性能和高可用分析,不仅可以满足多种数据类型的处理,且处理性能高。

第四,作为求解数学规划问题的软件,求解器是解决各行各业的复杂业务问题进行最优计算和决策的工具。华为也在架构创新中,引入数学优化求解器,通过智能建模建模工具,让建模效率提升,同时通过AI加持的智能求解器,实现求解效率大幅提升,以此提升产能。

第五,我国的半导体产业永远绕不过去“卡脖子”的问题,因此需要考虑在上游不能保证供货的极端情况下依然能够实现业务的持续性(BCM),这就对架构的自研深度提出挑战。

目前华为已经通过部件级的自研保证了BCM,包括鲲鹏处理器、昇腾AI芯片、智能管理芯片、智能网卡芯片,SSD控制器芯片,以及全自研存储操作系统,全自研存储系统架构和全自研的生态接口。

第六,随着勒索病毒对企业安全的威胁越来越大,以及业务云化带来的业务压力与日俱增增,安全架构对网络韧性的需求就越来越高。华为正通过设立前置隔离区与微分段的方式,帮助半导体行业构建韧性的半导体工厂网络。

除了这些架构创新之外,华为还通过多元化核心组件,助力半导体智能工厂,从传统SOA架构迈向微服务架构,从传统技术体系IOE迈向多元化技术体系。

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