中芯国际:半导体芯片智能制造集成创新与应用

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“中国制造2025”和“互联网+”国家战略的实践者和推动者

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导读

为了更好地推广和施行“智能制造”战略思想,针对国内半导体企业生产制造和决策的需求,中芯国际将基于“智能制造”战略计划总目标定为:对半导体企业芯片制造过程中存在的数据信息化集成系统关键技术进行研究与攻关,建立基于数字信息化的半导体企业芯片生产管控平台,集工业数据互联与工业数据处理与分析为一体,实现工业数据与信息化平台的深度集成。

企业背景

半导体芯片制造是一个集尖端技术与产业高附加值于一体的产业,对国民经济的发展具有巨大的推动作用和战略价值,世界各国政府都将其视为国家经济的骨干产业之一。2010年,德国率先提出“工业4.0”的概念,第一次将“互联网”与“制造业”的概念相连,随后美国提出“工业互联网”计划、中国提出“中国制造2025”战略计划,而三者概念的核心都是“智能制造”:即利用无处不在的传感器、嵌入式中端系统、智能控制系统、通信设施等形成一个智能网络,将产品数据、设备数据、研发数据、工业链数据、运营数据、管理数据等进行高度分析与集成,把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起,推进传统制造业向智能制造业创新发展,最终实现传统制造业由大规模生产到个性化定制的成功转型。

通过五年的高速发展,中国已成为全球最大的智能手机市场与制造基地,2015年全球前10大智能手机厂商中有7家为中国品牌。不仅仅是智能手机,新兴的智能穿戴产业正在为中国智能产业的瓶颈寻求突破机遇,成为中国企业在核心技术和关键元器件的市场创新力量。因此,在市场需求扩大和相关政策推动的双方面正反馈中,着力于半导体芯片生产制造的中芯国际集成电路制造(上海)有限公司(简称“中芯国际”)作为国家近年来大力扶植的集成电路制造行业中至关重要的参与者与践行者,推行“半导体芯片智能制造”的理念与行动势在必行。

智能制造战略规划构想

为了更好地推广和施行“智能制造”战略思想,针对国内半导体企业生产制造和决策的需求,中芯国际将基于“智能制造”战略计划总目标定为:对半导体企业芯片制造过程中存在的数据信息化集成系统关键技术进行研究与攻关,建立基于数字信息化的半导体企业芯片生产管控平台,集工业数据互联与工业数据处理与分析为一体,实现工业数据与信息化平台的深度集成。具体实施计划如下:

1.基础设施信息网络高度互联

以工业大数据为基础建立数据库,坚持所有核心业务在一个信息系统中实现的一体化信息集成原则,通过增加中央服务器数量并且提升其响应速度,将工业生产数据与更多的生产数据分析软件平台相联系,实现具备“实时”特性的加工过程数据分析与工艺控制,提升工艺流程自动化控制水平,更好的保障产品质量;实现生产设备、物料传送、操作人员、产品流动等所有数据信息的智能集成。根据国家“中国制造2025战略规划”,中芯国际计划在2018年底实现40%以上的机台EAP信息同MES直接互联,2025年底实现工业大数据云存储,实现全部机台EAP信息同MES信息联动直接存储至数据库。

2.制造工业大数据存储与分析

在现有团队的基础上,完善更加专业的CIM团队,研究生产制造控制系统平台的开发与优化,生产管控平台将会逐步完善。在已开发完成的数据集成子系统(即数据集成可视化APP)的基础上,逐步加强对生产数据的分析与自动整合,分别从不同角度展示生产线实时状况; MES作为工业生产数据的来源基石,各生产线利用工业数据库的庞大信息量抓取想要提取的信息,通过先进的仿真(Simulation)软件和生产调度(Scheduling)集成系统进行生产需求的智能化调整联动,利用面向机台端的实时派工系统(Real Time Dispatch)及时调整生产规则,提高机台利用率(Utilization),机台生产效率(Efficiency),争取产品产出量的最大化,全面实现生产制造过程的自动化、智能化及可视化。目前,中芯国际已完成30%左右的机台端有效数据与生产派工指导系统的整合,预计2019年实现50%以上的数据存储与数据挖掘,到2025年实现工业所有有效数据在各数据分析平台的集成与分析挖掘。

智能制造实施现状和效果

2015年开始,在“中国制造2025”战略思想的感召下,中芯国际朝着实现“创建半导体芯片制造智能工厂”的方向大力跃进。

1.硬件方面

自动物料传输系统(AMHS)如图1应用于整个厂区的最顶端,它与加工储位(Stocker)如图2相连,使被加工的产品通过电脑的调用指令,从储位(Stocker)里调出,通过AMHS调到离机台最近的Stocker里,方便操作人员最短距离地拿取待加工产品。同时电子货架(E-Rack)如图3自2014年6月份开始全面应用与整个厂区(FAB)内,它的自动传感系统可以读取放在货架上加工产品的数字代码(身份ID),其身份信息与MES系统相连,实现每个产品的精准定位。同时,从2016年起,FAB与FAB之间已经开始建立连通的AMHS,通过电脑操纵实现不同厂区间的物料传送,节省不同厂区之间产品的人力搬运,减少推车、封装、打包等耗材,节省人力和运营成本,提高生产效率。跨厂区实现的AMHS已和业界领先工厂(Leading FAB)并驾齐驱,预计2017年可以建成运行。

▲图1自动物料传输系统(AMHS)

▲图2加工储位(Stocker)

▲图3电子货架(E-Rack)

2.软件方面

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