現(xiàn)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界都在談?wù)?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/人工智能" target="_blank">人工智能或智能制造4.0，其實(shí)臺(tái)灣旺宏電子早在20幾年前就已經(jīng)起步。旺宏電子董事長(zhǎng)吳敏求曾經(jīng)表示，旺宏自行研發(fā)生產(chǎn)控制系統(tǒng)「Super Nova」，基本上就是AI的概念，透過(guò)系統(tǒng)追蹤制程開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)流程以及品管作業(yè)。
非揮發(fā)性內(nèi)存廠旺宏電子成立于1989年，全球員工人數(shù)約4100位，目前擁有一座十二吋晶圓廠（晶圓五廠）、一座八吋晶圓廠（晶圓二廠）及一座六吋晶圓廠 （晶圓一廠），晶圓五廠及晶圓二廠主要生產(chǎn)制造旺宏電子自有品牌的非揮發(fā)性內(nèi)存產(chǎn)品，晶圓一廠則以利基型模擬及邏輯產(chǎn)品的晶圓代工業(yè)務(wù)為主，主要客戶廣布于消費(fèi)、通訊、計(jì)算機(jī)、工業(yè)、汽車電子、網(wǎng)通各大領(lǐng)域。近幾年來(lái)，旺宏將兩成的投資營(yíng)業(yè)額投入于研發(fā)工作，目前擁有超過(guò)7,600項(xiàng)國(guó)際關(guān)鍵技術(shù)及專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并與全球高科技業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)廠商成立技術(shù)合作聯(lián)盟，共同進(jìn)行相變化內(nèi)存先驅(qū)技術(shù)的研究。
表一、旺宏電子小檔案
旺宏電子從1991年就開(kāi)始發(fā)展電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation，簡(jiǎn)稱EDA），EDA是利用計(jì)算機(jī)軟件工具將復(fù)雜的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化，以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間、協(xié)助工程師設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品，EDA是IC設(shè)計(jì)所需的軟件，同時(shí)也是半導(dǎo)體制程技術(shù)提升的必須品。
旺宏電子陳瑞坤副總經(jīng)理日前出席「智造時(shí)代：轉(zhuǎn)型未來(lái)工廠戰(zhàn)略研討會(huì)」時(shí)指出，旺宏發(fā)展AI算是很早，1991年第一座六吋晶圓廠成立，在那個(gè)時(shí)代招了兩位統(tǒng)計(jì)博士放在工廠，一般半導(dǎo)體的生產(chǎn)制造都是招聘Double E（電機(jī)電子）、理工背景的員工，統(tǒng)計(jì)博士在工廠里面能干嘛？在當(dāng)時(shí)是很大膽嘗試。
圖一、旺宏電子陳瑞坤副總經(jīng)理分享AI在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用
圖片來(lái)源：臺(tái)北市計(jì)算機(jī)商業(yè)同業(yè)公會(huì)
旺宏電子將當(dāng)時(shí)的EDA系統(tǒng)稱之為NOVA，意思是「太空中的行星」，直到2000年，覺(jué)得這個(gè)行星不太夠用了，就將系統(tǒng)改版為Super NOVA「超行星」，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、工廠的生產(chǎn)制造、廠務(wù)系統(tǒng)、測(cè)試到成品，全部都涵蓋在這個(gè)超行星系統(tǒng)里面。sNOVA是一個(gè)100％由旺宏內(nèi)部開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，目標(biāo)是應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，包括統(tǒng)計(jì)方法、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、訊息技術(shù)和用戶領(lǐng)域知識(shí)，以持續(xù)和高效的方式提高產(chǎn)品質(zhì)量，sNOVA的服務(wù)領(lǐng)域幾乎包括完整的半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的分析。
圖二、旺宏電子的EDA系統(tǒng)：sNOVA
圖片來(lái)源：陳瑞坤簡(jiǎn)報(bào)
統(tǒng)計(jì)方法和大數(shù)據(jù)加速解決問(wèn)題
在過(guò)去，解決問(wèn)題依賴于工程判斷，在如此復(fù)雜制造環(huán)境中需要很長(zhǎng)時(shí)間，sNOVA是解決問(wèn)題的新解方。陳瑞坤指出，以前要訓(xùn)練一個(gè)好的師傅，可能需要10年、20年時(shí)間，要有10年以上功力的師傅才有辦法一眼就看出IC芯片差別和分類；導(dǎo)入AI影像辨識(shí)后，10年和1年資歷的師傅可能差異已經(jīng)不大，因?yàn)锳I系統(tǒng)會(huì)協(xié)助分類，并帶出后續(xù)的解決方案，AI系統(tǒng)解決了很大的問(wèn)題，不用再光倚靠人的智力。
「半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程是十分繁復(fù)的，一個(gè)完整IC的制程要經(jīng)過(guò)700多站，后續(xù)還有封裝測(cè)試及切割，只要里面任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，產(chǎn)品就完蛋了」，陳瑞坤進(jìn)一步解釋，半導(dǎo)體電子產(chǎn)品不良率計(jì)算，已經(jīng)從PPM（Parts-Per-Million，百萬(wàn)分率）進(jìn)化到PPB（Parts Per Billion，十億分之一），等于10億個(gè)產(chǎn)品里面只能容許有幾個(gè)不良品，這嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，逼得半導(dǎo)體業(yè)者不得不去開(kāi)發(fā)制程系統(tǒng)。
早期故障檢測(cè)工具
旺宏在每個(gè)機(jī)臺(tái)中架設(shè)偵測(cè)器，可以想做是一臺(tái)汽車加裝的胎壓偵測(cè)器，在爆胎之前就會(huì)主動(dòng)示警，平均一個(gè)機(jī)臺(tái)有40個(gè)偵測(cè)器，針對(duì)壓力、震動(dòng)、流量、溫度等指針加以監(jiān)控，確保機(jī)臺(tái)不會(huì)有超出預(yù)期的表現(xiàn)。導(dǎo)入早期故障檢測(cè)工具（Tool Early Failure Detection）后，當(dāng)系統(tǒng)顯示out of control時(shí)，維修機(jī)臺(tái)的設(shè)備工程師就會(huì)出動(dòng)檢查零配件；制程工程師負(fù)責(zé)處理貨的量測(cè)和產(chǎn)品的質(zhì)量，在產(chǎn)品真正出問(wèn)題之前，就找出有可能出問(wèn)題的地方提前改善。以制程眼光來(lái)看，每批產(chǎn)品都會(huì)根據(jù)以前的行為或外在環(huán)境進(jìn)行校正，陳瑞坤形容這就像射箭一樣，「每枝箭雖然都射中靶心，但羽毛、風(fēng)向都可能帶來(lái)影響，用前面的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)品的表現(xiàn)，讓每一枝箭確實(shí)的打在靶心上」。
而要在質(zhì)量跟成本間取得平衡，最好的方式是采取抽樣檢查，抽樣的前提是每個(gè)產(chǎn)品的變異數(shù)都不大，抽樣的結(jié)果才能代表整個(gè)族群，隨著半導(dǎo)體制程日益嚴(yán)格，對(duì)于產(chǎn)品「全檢」的要求變高，因?yàn)樵跈C(jī)臺(tái)上都有加裝偵測(cè)器，運(yùn)用大數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬量測(cè)（Virtual Metrology）的技術(shù)，從監(jiān)測(cè)到的參數(shù)就能預(yù)測(cè)未來(lái)產(chǎn)品的表現(xiàn)，準(zhǔn)確度已經(jīng)超過(guò)99％，即使沒(méi)有進(jìn)行全檢，也能確保產(chǎn)品的良率。
零件壽命的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)
生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的維護(hù)又是如何進(jìn)行呢？陳瑞坤說(shuō)，工業(yè)生產(chǎn)就是在質(zhì)量和成本之間作掙扎，以前都是一臺(tái)機(jī)器「run到死」，這代表最后一定有芯片會(huì)跟著報(bào)廢陪葬，現(xiàn)在導(dǎo)入零件壽命預(yù)測(cè)的PdM（Predictive Maintenance）系統(tǒng)，就能進(jìn)行機(jī)臺(tái)的預(yù)測(cè)性維護(hù)。從圖三來(lái)看，當(dāng)系統(tǒng)顯示達(dá)到最上方第一條線時(shí)，就會(huì)通知物管開(kāi)始備料，既能維持機(jī)臺(tái)運(yùn)作的質(zhì)量及安全，又可以避免太早備料增加庫(kù)存成本；第一條和第二條線之間則是備料的時(shí)間，等料一到就可以更換；即使遇到特殊狀況或很重要的貨要趕工，達(dá)到第三條線時(shí)就一定要先關(guān)機(jī)暫停。
圖三、利用AI進(jìn)行零件的預(yù)測(cè)性維護(hù)
圖片來(lái)源：陳瑞坤簡(jiǎn)報(bào)
對(duì)于半導(dǎo)體業(yè)者來(lái)說(shuō)，光是一個(gè)產(chǎn)能2萬(wàn)片的十二吋晶圓廠，一天要收的data就多達(dá)20幾億，換算成一個(gè)正常產(chǎn)能10-12萬(wàn)片的十二吋晶圓廠，一天的data就破百億了，如何將龐大的數(shù)據(jù)變成有用的信息，就是最大的挑戰(zhàn)。陳瑞坤表示，以前會(huì)很擔(dān)心工廠設(shè)在哪里，未來(lái)走向智能制造，所有數(shù)據(jù)都是由中央控管、加密，遠(yuǎn)程工廠端都被管制使用，業(yè)者不用再提心吊膽機(jī)密會(huì)外泄。