現(xiàn)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界都在談?wù)?a class="innerlink" href="http://theprogrammingfactory.com/tags/人工智能" target="_blank">人工智能或智能制造4.0，其實臺灣旺宏電子早在20幾年前就已經(jīng)起步。旺宏電子董事長吳敏求曾經(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，透過系統(tǒng)追蹤制程開發(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、通訊、計算機、工業(yè)、汽車電子、網(wǎng)通各大領(lǐng)域。近幾年來，旺宏將兩成的投資營業(yè)額投入于研發(fā)工作，目前擁有超過7,600項國際關(guān)鍵技術(shù)及專利等知識產(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年就開始發(fā)展電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation，簡稱EDA），EDA是利用計算機軟件工具將復(fù)雜的電子產(chǎn)品設(shè)計過程自動化，以縮短產(chǎn)品開發(fā)時間、協(xié)助工程師設(shè)計電子產(chǎn)品，EDA是IC設(shè)計所需的軟件，同時也是半導(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「智造時代：轉(zhuǎn)型未來工廠戰(zhàn)略研討會」時指出，旺宏發(fā)展AI算是很早，1991年第一座六吋晶圓廠成立，在那個時代招了兩位統(tǒng)計博士放在工廠，一般半導(dǎo)體的生產(chǎn)制造都是招聘Double E（電機電子）、理工背景的員工，統(tǒng)計博士在工廠里面能干嘛？在當(dāng)時是很大膽嘗試。
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
圖片來源：臺北市計算機商業(yè)同業(yè)公會
旺宏電子將當(dāng)時的EDA系統(tǒng)稱之為NOVA，意思是「太空中的行星」，直到2000年，覺得這個行星不太夠用了，就將系統(tǒng)改版為Super NOVA「超行星」，從產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、工廠的生產(chǎn)制造、廠務(wù)系統(tǒng)、測試到成品，全部都涵蓋在這個超行星系統(tǒng)里面。sNOVA是一個100％由旺宏內(nèi)部開發(fā)的系統(tǒng)，目標是應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，包括統(tǒng)計方法、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、訊息技術(shù)和用戶領(lǐng)域知識，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，進行準確及時的分析。
圖二、旺宏電子的EDA系統(tǒng)：sNOVA
圖片來源：陳瑞坤簡報
統(tǒng)計方法和大數(shù)據(jù)加速解決問題
在過去，解決問題依賴于工程判斷，在如此復(fù)雜制造環(huán)境中需要很長時間，sNOVA是解決問題的新解方。陳瑞坤指出，以前要訓(xùn)練一個好的師傅，可能需要10年、20年時間，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影像辨識后，10年和1年資歷的師傅可能差異已經(jīng)不大，因為AI系統(tǒng)會協(xié)助分類，并帶出后續(xù)的解決方案，AI系統(tǒng)解決了很大的問題，不用再光倚靠人的智力。
「半導(dǎo)體生產(chǎn)過程是十分繁復(fù)的，一個完整IC的制程要經(jīng)過700多站，后續(xù)還有封裝測試及切割，只要里面任何一個環(huán)節(jié)出錯，產(chǎn)品就完蛋了」，陳瑞坤進一步解釋，半導(dǎo)體電子產(chǎn)品不良率計算，已經(jīng)從PPM（Parts-Per-Million，百萬分率）進化到PPB（Parts Per Billion，十億分之一），等于10億個產(chǎn)品里面只能容許有幾個不良品，這嚴苛的挑戰(zhàn)，逼得半導(dǎo)體業(yè)者不得不去開發(fā)制程系統(tǒng)。
早期故障檢測工具
旺宏在每個機臺中架設(shè)偵測器，可以想做是一臺汽車加裝的胎壓偵測器，在爆胎之前就會主動示警，平均一個機臺有40個偵測器，針對壓力、震動、流量、溫度等指針加以監(jiān)控，確保機臺不會有超出預(yù)期的表現(xiàn)。導(dǎo)入早期故障檢測工具（Tool Early Failure Detection）后，當(dāng)系統(tǒng)顯示out of control時，維修機臺的設(shè)備工程師就會出動檢查零配件；制程工程師負責(zé)處理貨的量測和產(chǎn)品的質(zhì)量，在產(chǎn)品真正出問題之前，就找出有可能出問題的地方提前改善。以制程眼光來看，每批產(chǎn)品都會根據(jù)以前的行為或外在環(huán)境進行校正，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)向都可能帶來影響，用前面的數(shù)據(jù)來預(yù)測產(chǎn)品的表現(xiàn)，讓每一枝箭確實的打在靶心上」。
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，抽樣的前提是每個產(chǎn)品的變異數(shù)都不大，抽樣的結(jié)果才能代表整個族群，隨著半導(dǎo)體制程日益嚴格，對于產(chǎn)品「全檢」的要求變高，因為在機臺上都有加裝偵測器，運用大數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬量測（Virtual Metrology）的技術(shù)，從監(jiān)測到的參數(shù)就能預(yù)測未來產(chǎn)品的表現(xiàn)，準確度已經(jīng)超過99％，即使沒有進行全檢，也能確保產(chǎn)品的良率。
零件壽命的預(yù)測性維護系統(tǒng)
生產(chǎn)機臺的維護又是如何進行呢？陳瑞坤說，工業(yè)生產(chǎn)就是在質(zhì)量和成本之間作掙扎，以前都是一臺機器「run到死」，這代表最后一定有芯片會跟著報廢陪葬，現(xiàn)在導(dǎo)入零件壽命預(yù)測的PdM（Predictive Maintenance）系統(tǒng)，就能進行機臺的預(yù)測性維護。從圖三來看，當(dāng)系統(tǒng)顯示達到最上方第一條線時，就會通知物管開始備料，既能維持機臺運作的質(zhì)量及安全，又可以避免太早備料增加庫存成本；第一條和第二條線之間則是備料的時間，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，達到第三條線時就一定要先關(guān)機暫停。
圖三、利用AI進行零件的預(yù)測性維護
圖片來源：陳瑞坤簡報
對于半導(dǎo)體業(yè)者來說，光是一個產(chǎn)能2萬片的十二吋晶圓廠，一天要收的data就多達20幾億，換算成一個正常產(chǎn)能10-12萬片的十二吋晶圓廠，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，以前會很擔(dān)心工廠設(shè)在哪里，未來走向智能制造，所有數(shù)據(jù)都是由中央控管、加密，遠程工廠端都被管制使用，業(yè)者不用再提心吊膽機密會外泄。