工业4.0发展和半导体制造实现网络整合

为满足消费者对功能更丰富和性能更高的设备需求，半导体制造业需在资本设备方面进行大量投资，因而也导致竞争变得日趋激烈。为提高竞争力，芯片制造商正在采用工业4.0 制造技术来实现更高水平的卓越运营。在本文中，我会阐述工业 4.0 的含义，提供工业 4.0 在半导体晶圆厂环境下的应用示例，并说明应用材料公司如何驱动这一发展。

在深入细节之前，让我们先了解一下什么是工业 4.0。工业 4.0 的概念由德国政府首次提出，用以描述人工智能 （AI） 、大数据、云计算和工业物联网 （IIoT） 等新技术所带来的第四次工业革命。、第一、第二、第三次工业革命的驱动因素分别是蒸汽和水力发电，电力使用，计算机技术（图1）。

工业 4.0 概念的实现通常称为“智能制造”，我们经常称之为“智能工厂”。工业 4.0 的主要特点包括：

· 制造系统的垂直整合

o 在工厂中，具有网络连接的生产系统称为信息物理生产系统 （CPPS）。在工业 4.0 中，CPPS将被垂直整合和连接，以便使环境和价值链中的任何变化都能反映到制造过程中。

· 跨企业和价值链实现水平整合

o 将制造设备与合作伙伴、供应商、分包商等一起水平整合到价值链中

通过云、大数据、移动和 AI/分析等新一代技术实现并加速整合

首先，让我们看一下半导体晶圆厂的垂直整合。如下面的图 2 所示，这涉及整合所有 ISA-95 层级。

ISA-95 层级包括第 0 级（适用于包含所有传感器和执行器的物理设备）到第 4 级，涵盖各种企业业务系统。每个层级的垂直整合需要对接口进行标准化。在半导体行业中，很久以前设备整合便在 SECS/GEM 接口上进行过标准化。高速 SECS 消息服务 （HSMS） 的建立是为了通过更高速的以太网来支持 SECS/GEM 通信。随着传感器的使用量增多，半导体设备现在已能够传输大量工程数据。

为了支持高速诊断数据采集，工程数据接口（现在称为接口 A）已经与控制接口分开，仅用于采集设备数据。这满足行业的需求，可将所有数据放在一个通用平台上以实现一致性和便捷整合/分析。其结果是提高了批次 （R2R） 控制和故障检测以及分类 （FDC） 分析等各种分析解决方案的效率，而这些分析可作为应用材料公司的 SmartFactory® 制造解决方案的一部分。