文章来源：澎湃新闻
文章作者：澎湃新闻高级记者 张静
世界上最干净的地方，并非手术室，而是生产芯片的车间——在芯片世界，一颗灰尘，可能就意味着一座山。在晶圆厂的无尘生产车间里，无人搬送车沿着空中轨道一辆接着一辆密集穿梭。
这些被称作OHT（空中天车）的小车在各自路线上单向运行，一辆运送一盒25片晶圆，路过轨道交叉口时还要减速让行。晶圆制造是人类至今为止最复杂的制造业之一。一片晶圆要在几百台生产设备间流转，数十次重入同类型的加工设备，经过成百上千道工序，才会诞生数百颗指甲盖大小的芯片，每一颗芯片上又层层叠叠地“塞”满几十亿甚至上百亿晶体管。
而OHT正是晶圆厂空中传输的主要设备。比如台积电的晶圆制造采用智能全自动化的物料搬运系统，每座工厂平均建有长达50公里的运输轨道、2000台搬运车，每日发车次数60万次，宛如城市里的交通运输。软件调度系统就像交通控制中心，调度不同批次晶圆在生产设备间流转，一旦流程出错，生产路径就会堵塞。
这样的智能化生产方式就由晶圆厂自动化物料搬运系统（AMHS）提供。在AMHS行业，过去所有玩家都是国外半导体设备公司，而如今，我国也诞生了本土AMHS半导体设备生产供应商弥费实业（上海）有限公司（即“弥费科技”）。
缪峰
弥费科技创始人兼CEO
弥费科技创始人兼CEO缪峰日前在上海接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）专访时表示，通常12英寸晶圆厂一套完整的AMHS占晶圆厂固定投资的3%左右，一座超大规模量产的半导体工厂AMHS就需要投资数千万美元甚至数亿美元。过去这一领域主要由国外两家半导体设备巨头垄断，弥费科技的加入意味着在中国市场有了第三个玩家参与游戏。
工欲善其事必先利其器，有人淘金，就有卖淘金铲子的需求，缪峰就像是芯片时代卖“淘金铲子”的人。当前，全球缺芯现象愈演愈烈，半导体行业产能紧张。晶圆代工厂订单饱满，大规模新建产能直接利好上游半导体设备行业。
“半导体行业一直是个周期性行业。”缪峰也感受到行业在变化，在这行工作15年，他经历过几次上行下降。对他来说，只要芯片需求在生长，晶圆厂在盖，他的机会就在不断提升。
做“淘金铲子”的人
2006年大学毕业后，缪峰从半导体行业一线工程师开始摸爬滚打，在8英寸晶圆厂担任过自动化软件开发工程师，也做过国外12英寸晶圆厂的自动化物料搬运系统材料控制系统工程师。
2000年前后，国内晶圆代工厂在上海建厂。但近20年来，半导体AMHS市场主要被两家国外半导体设备公司垄断。缪峰说，半导体设备行业技术壁垒高，但竞争对手少，他觉得这是个商业机会，即使当时在外企拥有不错的工作、稳定的收入，也没有让他放弃创业的想法。
2014年，缪峰在上海创立半导体自动化设备公司弥费科技，研发半导体晶圆厂的自动化物料搬运系统，而那时候半导体行业还不像如今这样火热。
AMHS是硬件和软件的组合，可划分为传输设备、存储设备、净化设备和控制软件。空中天车（OHT）、地面自主搬运机器人（AMR）、智能晶圆存储设备（STK）等硬件设备，以及调度这些硬件设备的软件系统（MDS）是晶圆厂一套完整的AMHS系统，这也是晶圆厂背后物料转移的生命线。
AMHS是一套庞大的系统，但它不像半导体工艺制程设备那样需要5年、10年才能完成全部验证。缪峰的经验是，“当你一口气吃不下那么多的时候，可以从一个设备开始分阶段开发，最后把所有产品组合起来，完成一整套AMHS交付给晶圆厂。”
地面移动机器人是弥费科技迈出的第一步。国外半导体设备巨头在AMHS领域已有20多年的积淀和发展，近几年，由于人力资源紧张，晶圆厂对良率要求越来越高，像地面移动机器人这样的地面传输系统需求凸显，新增市场使得国内外供应商几乎站在同一起跑线。
MR移动机器人
从2016年起，弥费科技陆续为国内外多个8英寸和12英寸晶圆厂提供AMHS产品，包括调度软件、传送及存储设备，并为40/28纳米及以下先进工艺节点提供净化设备。目前一些成熟设备在国内某些晶圆厂里能达到10%-20%的市场占有率，个别产品接近30%。
“本土的半导体设备生产供应商如果有一些突破，在这个领域可以比较快地打开市场。”缪峰说，通常12英寸晶圆厂一套完整的AMHS占晶圆厂固定投资的3%左右，一座超大规模量产的半导体工厂AMHS就需要投资数千万美元甚至数亿美元。弥费科技的加入意味着在中国市场有了第三个玩家参与游戏，而国内晶圆厂头部企业也开始给国产半导体设备厂商更多机会。
调度晶圆厂里的“交通”
晶圆制造是世界上最复杂的制造业之一。一片晶圆要在几百台设备间流转，数十次重入同类型的加工设备，经过成百上千道工序，其复杂程度，甚至超过大都市的公共交通系统。
晶圆厂对洁净度等级要求也极度严苛。洁净室里产生最大污染的是人，如果减少人的活动，势必对产品良率带来提升。
相比机器，人力搬运物料效率也更低，“我们以前在晶圆厂里都干过，交接班或吃中饭的时候，设备稼动率明显下降，但机器人不会存在这个问题，只要有电，它就一直在执行搬运任务。”
AMHS的出现就是要保证每一片晶圆的每一个流程正确，最大限度利用生产设备，减少空置状态，提升产品良率。
OHT是晶圆厂空中传输的主要设备，一辆无人搬送车运送一盒晶圆，沿着空中轨道一辆接着一辆密集穿梭，执行搬运和传送任务，自主移动机器人行走在工厂走道，智能存储晶圆设备记录着每一批货物的位置。
弥费科技AMHS硬件设备
FoupStocker（左） Reticle Cabinet (右）
缪峰说，晶圆厂每天有几十万条传送任务。这时候，软件调度系统就像城市里的交通控制中心，指挥和控制整个生产过程，调控不同批次晶圆在生产设备间的流转，一旦流程出错，生产路径就会堵塞。而如果没有适当的物料运送过去，对生产设备来说就是极大浪费，“每一台设备都很贵，我们希望它一直是满产的。”
弥费科技正在开发的天车OHT即将进入某晶圆厂进行设备验证，而软件调度系统是控制整个晶圆厂自动化物料搬运系统的核心软件。
去年，弥费科技和华中科技大学成立AI算法研究室，将AI算法引入半导体调度系统，研究传送任务排序和传送路径的优化，以此提高晶圆厂生产效率。
晶圆制造的复杂流程带来庞大数据量。弥费科技找到国内某12英寸晶圆厂，利用这家晶圆厂过去10年的生产数据推算出现有系统传送任务的排序和传送路径的选择。
缪峰认为，自动化物料搬运系统的未来还是在于调度系统。以前需要100辆传送小车才能完成的事，未来能否用80辆就能完成？调度系统的核心算法是最主要的突破口。
“AI算法是可以不断迭代的，和友商在硬件差不多的情况下，软件和算法层面可以不断优化，AMHS的灵魂可以不断升级。”过去二三十年形成的技术已经稳定，但也意味着缺乏进一步突破的动力。而提升整个系统的效率，他认为这是未来从事这个专业的人需要思考的。
晶圆厂在盖，机会就在
当前，全球缺芯现象愈演愈烈，半导体行业产能紧张。晶圆代工厂订单饱满，代工价格上涨。产能扩张之下，半导体设备获得发展良机。晶圆厂大规模新建产能，直接利好上游半导体设备行业。
国际半导体产业协会SEMI报告显示，全球半导体制造商将在今年年底前开始建设19座新的高产能晶圆厂，并在2022年再开工建设10座，以满足市场对芯片的加速需求。未来几年，这29座晶圆厂的设备支出预计将超1400亿美元。
29个项目中，中国共有16个新晶圆厂建设项目。启明创投合伙人叶冠泰在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者采访时表示，中国是全世界购买晶圆生产设备最大的国家，也是最大的市场。另一方面，过去我国推动半导体发展多聚焦芯片设计，在生产方面，半导体制造设备需要有更大的自主可控性。
半导体设备细分领域多，包括光刻机、刻蚀机、涂胶机、清洗机等。叶冠泰说，目前在国内的晶圆厂里，中国自主生产半导体设备的市场份额不到15%，因此有非常大的空间让新的国产设备厂商进入；而AMHS每年大约有200亿元的市场规模，过去主要被国外厂家垄断。
“在AMHS行业里，以往所有玩家都是国外的，弥费科技目前是中国最早入局AMHS系统研发的本土玩家。”叶冠泰说，在当前全球缺芯、产能扩张局势下，海外半导体设备供应商产能不足，在疫情中也无法提供有效的技术支持来服务于国内客户。
而半导体设备的先发优势也非常重要，“对一个动辄几百亿元造价的晶圆厂来说，更换设备厂商所需要的工程成本、时间成本、技术人员的人力成本都是巨大的，所以它不会轻易去替换。” 叶冠泰对澎湃新闻（www.thepaper.cn）表示。
缪峰提到，对晶圆厂来说，每一次引入新的设备厂商实际上是损失了一部分效率来验证设备，这个过程往往伤筋动骨。“国内已经有自主可控的设备厂商能提供替代供应链上的环节时，晶圆厂想的是如何满产生产，而不是考虑持续引入新玩家来降低成本。”
“半导体行业一直是个周期性行业。”缪峰也感受到行业在变化，在这行工作15年，他经历过几次上行下降。今年弥费科技AMHS产品增速比去年翻了三倍，明后年也将保持高速增长。不管是汽车芯片紧缺还是消费电子芯片紧缺，对晶圆厂来说，用的都是同一类传送系统。
“我们这些产品，无论是在A Fab（晶圆厂）还是B Fab，只要你是8英寸晶圆，那就是同一条线，12英寸晶圆就是另一条线。”缪峰觉得弥费只是AMHS里的小玩家，但只要芯片需求在生长，晶圆厂在盖，他的机会就在不断提升。
责任编辑：李跃群
校对：栾梦
