在芯片產業鏈中，被國外壟斷的技術和產品不僅是光刻機，還有EDA芯片制造所必需的工業軟件被國際巨頭壟斷了近40年，是芯片制造的大管家:CIM

控制晶圓生產的大腦

CIM是控制半導體制造的生命級系統被業界稱為制造業的大腦，可以簡單理解為制造業相關工業軟件的集合覆蓋產品全生命周期，由MES，EAP，SPC，YMS，APC，PDC，RTS等數十個軟件系統組成

在整個CIM系統中，MES尤為重要，它決定了整個鑄造廠的發展水平成本約占CIM系統的15%一旦系統出現問題，將導致上億的損失MES是一套指導芯片制造的智能管理系統，包括產品流程定義，設備管理，物料移動管理，產品跟蹤和工藝數據管理由于MES的核心地位，業界通常將CIM與MES一起提及，即CIM/MES

說了這么多，CIM到底是做什么的。

第一，統籌管理制造過程，提高生產良率和效率，

二是實現自動化智能制造，幫助制造商快速部署系統，增強成本，質量和生產周期的競爭力。

制芯是資本的游戲一家投資數百億美元的晶圓廠拔地而起晶圓廠投產，就像一臺每分鐘都在不停運轉的印刷機跑的少，賺的錢就少而一個芯片要經過近千道制造工序，任何一個環節都不能容許有任何差錯CIM就是管家，把這一切安排妥當，服務于生產良率和效率，降低每個芯片的成本，從而獲得更多的利潤

伴隨著半導體器件和制造工藝的日益復雜，CIM已經成為半導體制造中不可或缺的一部分傳統的解決方案通常是孤立的或松散連接的，很難擴展額外的需求，而CIM可以集成所有這些IT2007指出，半導體晶圓集成分為五個部分:晶圓廠運營，生產設備，材料加工，晶圓廠信息，控制系統和設施，CIM驅動的晶圓廠運營將是其他部分的驅動力

1986年，東芝的一項研究表明，采用IC—CIM技術生產256kbyte DRAM存儲電路可以提高四項制造指標。

東芝1986年的研究成果

據其他公司統計，CIM投入使用一年后，設備停機時間減少45%，設備準備時間縮短38%，設備利用率提高30%，周期時間縮短23%，廢品減少22.5%，產品良率提高15%，生產成本降低34%，凈利潤提高近60%。

研究發現，CIM越早投入使用，效果越好晶圓廠的整個生產生命周期是S曲線對于成本超過200億美元的晶圓廠來說，不使用CIM系統，永遠離生產目標有幾億甚至幾十億美元的差距，這意味著這部分資金的回收期會延長，越早使用CIM，這部分資金就能越早收回

S曲線，它顯示了生產目標和實際生產情況，以及實現生產能力和產量目標的各種障礙

早在1973年，CIM的概念就由美國的Joseph Harrington在其著作《計算機集成制造》中提出CIM不僅是半導體行業需要的，任何需要智能制造的場景都存在，比如制藥，食品飲料，醫療器械，航空航天，國防，生物技術等它曾經引領了半導體格局的改變

80年代初，美國經濟危機波及全社會，電子產品也不例外雖然美國半導體在技術開發領域依然強勢，但自家產品的份額越來越低索尼和松下等日本公司已經開始主導存儲市場，將微處理器作為他們的下一個發展目標

90年代中期，僅僅十幾年的時間，美國就奪回了失去的市場拋開政治和戰略因素，SEMATECH無疑是引發這一轉變的關鍵點它于1988年正式開始運作，由聯邦政府和14家大型半導體公司組成，包括IBM，英特爾，摩托羅拉，德克薩斯儀器等行業巨頭在每年2億美元的加持下，美國的制造科學和半導體技術開始融合，CIM是當時發展最關鍵的部分之一

要知道，在那個年代，一個典型的可以量產的先進制造設施的總成本超過了100萬美元更難的是，數百道連續工序中的每一步都有損失良率的風險那時，集成電路制造工藝的成品率可低至20%~80%

1991年，SEMATECH啟動了CIM框架項目自此，美國半導體制造業迎來變革在CIM的支持下，芯片良率得到有效提高，產品生產周期縮短，產品質量和性能得到保證1998年，SEMATECH開發了CIM框架規范，從而在半導體行業實現了開放的多廠商CIM系統環境

回顧歷史，就在十幾年前，晶圓廠的運營還得靠工人推著手推車，親自按下啟動鍵，通過電子表格追蹤產品現在晶圓生產已經有能力整合來自設備的數據，實現物料自動運輸CIM無疑是使智能制造邁向新臺階的關鍵

當芯片制造在國內逐漸被重視并大力發展的時候，CIM的國產化替代就變得尤為重要，但是要做好CIM并不是想象中那么簡單。

被兩大巨頭壟斷了近40年

CIM進入門檻高，被業界稱為工業軟件的高地。

CIM作為一個涵蓋晶圓生產各個環節的工業軟件，要求開發者不僅要有過硬的軟件實力，還要了解生產的各個環節，并將它們無縫鏈接在一起更難的是，半導體制造領域還有很多技術秘密，沒有行業經驗的人很難進入這個領域

此外，CIM不是簡單地把軟件堆在一起，而是有機地結合在一起通過與不同廠商，不同晶圓廠的高度定制，使多個原本獨立運行的單元系統形成一個協同工作，功能更強的新系統同時客戶可接受的容錯率也很低，軟件穩定性需要達到99.9999%

即使可以制造一個CIM系統，也不容易替換舊系統舉個例子，如果把一個日夜開著的半導體制造工廠看成一架高速飛行的飛機，CIM就是驅動飛機持續飛行的核心引擎更換全新的CIM系統，就像開飛機換發動機一樣可見CIM領域是很難的

最近幾年來，12英寸晶圓廠的興起帶動了CIM的大規模應用伴隨著晶圓尺寸從4英寸變成6英寸，8英寸，12英寸，不僅投資急劇增加，制造設備，工藝，技術也變得更加復雜如果CIM在這種情況下失敗，那將是一個很大的損失因此，市場開始對CIM提出更高的要求

但這是一個非常困難的行業，全球市場并不是很大Technavio數據顯示，2021—2026年整個CIM市場的潛在市場增長份額為87.2億美元，IDC報告顯示，2021年，中國MES總市場份額約為38.1億元在這種情況下，細分到半導體的市場份額可能會更小

更尷尬的是，CIM中最核心的MES系統只占晶圓廠總投資的1%相比百億級的晶圓廠，很難引起業界的關注上游廠商更喜歡用成熟的解決方案來處理生產中的各種問題

幸運的是，全球新晶圓的產能正在逐漸增加，特定客戶對CIM的需求也在增加根據SEMI的世界晶圓廠預測報告，預計全球半導體行業將在2021年至2023年期間投資超過5000億美元，建設84座大型芯片制造工廠

目前，半導體CIM的模式高度集中應用材料和IBM都叫半導體CIM這兩家公司壟斷了近40年的市場從發展歷史來看，兩家公司的技術時間跨度也很長

CIM發展簡史，制表，硬科技參考資料，核心材料，EEtimes，華爾街日報

Materials和IBM面對的都是全球最先進的晶圓廠或IDM廠商，但發展側重點不同。

材料不僅是CIM的絕對龍頭，也是半導體設備的龍頭企業公司在收購了一大批先進的CIM企業后，采用軟件+硬件的捆綁銷售形式，占領了一個個市場

IBM更傾向于AI云網的結合通過不斷收購相關公司來補充技術能力，IBM也有自己的晶圓廠，在這里可以通過試錯積累經驗

對照IBM的CIM方案，列出了果殼的硬質工藝。

中國已經實現了初步替代。

兩年前，CIM還是一個小眾賽道，國內玩家很少，很少被資本看好。

自從國產替代的呼聲響起，EDA，光刻機等典型卡脖子領域的關注度增加，資本對CIM的關注度更高2022年下半年，投融資市場開始活躍，包括紅杉資本，高瓴資本，華登國際，SAIC及其明星投資機構恒旭資本，比亞迪，郝偉創鑫等

國內CIM里程碑式融資事件不完全統計，制表和硬技術

縱觀國內整個行業，無一不是以mes為核心的CIM方案，涵蓋制造業的方方面面此外，國內廠商大多選擇布局以光伏，LED，平板顯示，半導體為核心的泛半導體產業，轉戰鋰電池，新能源等更多行業，以期擴大市場

王記偉的文章認為，目前包裝領域的CIM體系基本上已經被國內廠商接手，這充分說明國外的產品并不是不可替代的，只是有耐心而已在傳統的帶頸12寸MES上，近兩年在國內取得了初步突破

基于國內現狀，殼牌硬技術團隊認為:

CIM市場雖然沒有實體芯片行業大，但在特定客戶需求和晶圓產能不斷擴大的前提下，也有著廣闊的利潤空間根據微咨詢收集的信息，國內在建大型晶圓廠12英寸晶圓產能超過6000萬片/年對于國內CIM來說，聯合上游晶圓廠意義重大另外，泛半導體的不同子行業有一定的連通性，國內廠商應該抓住這個機會

在地理因素的影響下，CIM對獨立產業鏈的補充意義重大，可以理解為光刻機和光刻膠的關系即使研發難度大，投資回收期長，也要有國產自主可控產品，何況CIM還在工業軟件領域，還可能涉及信息安全問題

到目前為止，國內并不缺少半導體CIM廠商，但對于投入巨大的晶圓廠來說，嘗試使用新產品無疑是一種試錯式的冒險，這也是應用材料公司和IBM能夠穩坐龍頭位置的原因鑒于以往，國內上游廠商需要警惕CIM供應商過于單一的情況，可以嘗試采用國內外雙線策略，甚至多家供應商的策略

雖然國內已經初步實現了國產替代，但與國外巨頭的技術相比還有差距為了拓寬國內CIM技術邊界，可以借鑒應用材料公司和IBM的發展歷史，不斷整合并購，提升技術集中度此外，國內的晶圓廠或IDM廠商也可以獲取相關技術，建立純獨立的生產線

材料公司認為跨越晶圓廠的許多區域是部署中最耗時的因素之一由于每個晶圓廠的情況不同，從一個工廠定制到另一個工廠需要6~12個月的時間同時，半導體自動化系統的數據通常駐留在不同的CIM應用程序中，具有它們自己的集成方法其SmartFactory CIM解決方案解決了這些問題，值得國內借鑒

融資潮過后，國內涌現出一大批CIM企業，但不可浮躁半導體領域的投資邏輯與大多數傳統行業不同，整體回收期較長而且CIM領域更注重經驗的積累此前，一些國內廠商已經承認，前兩到三年很難賣出產品但是一旦他們熬過了這個時期，踏踏實實的迭代產品，積累口碑，客戶信任度就會明顯上升，這是一個值得布局的長期業務

雖然國內的CIM格局已經初步形成，但我們不得不承認，國內的CIM與國外的CIM還有差距目前，我國工業軟件發展迎來了政策窗口期展望未來5~10年，半導體CIM可能迎來發展熱潮

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美通社:計算機集成制造市場35%的增長來自北美

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