“數(shù)據(jù)大爆炸席卷全球工業(yè)，成為各行各業(yè)新的“生產(chǎn)資料”。數(shù)字化浪潮在工業(yè)領(lǐng)域的滲透也是全球產(chǎn)業(yè)大升級的必經(jīng)之路。然而在數(shù)據(jù)密集型的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，在使用大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用上卻是相對落后的。現(xiàn)在必須快速補上這一環(huán)。

1991年誕生于美國硅谷的普迪飛半導(dǎo)體技術(shù)有限公司（PDF Solutions，下稱“普迪飛半導(dǎo)體”）過去30年來一直專注于做一件事——幫助半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈挖掘數(shù)據(jù)價值。到目前為止，該公司的全球半導(dǎo)體數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量已經(jīng)超過4000 TB，相當于可以“看五百多年的電影”。

數(shù)據(jù)大爆炸席卷全球工業(yè)，成為各行各業(yè)新的“生產(chǎn)資料”。數(shù)字化浪潮在工業(yè)領(lǐng)域的滲透也是全球產(chǎn)業(yè)大升級的必經(jīng)之路。然而在數(shù)據(jù)密集型的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，在使用大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用上卻是相對落后的。現(xiàn)在必須快速補上這一環(huán)。

“越來越多的半導(dǎo)體公司，包括國內(nèi)大量‘年輕’的Fabless，開始意識到數(shù)據(jù)分析的重要性。這是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從基礎(chǔ)建設(shè)1.0時代邁向質(zhì)量提升的2.0時代的關(guān)鍵一步。”普迪飛半導(dǎo)體副總裁俞冠源日前在接受集微網(wǎng)專訪時這樣指出。

“爆炸式”增長的半導(dǎo)體大數(shù)據(jù)如何互聯(lián)？

根據(jù)IDC的統(tǒng)計，2019全球數(shù)據(jù)量達到42ZB，預(yù)計2022年達到163ZB，復(fù)合增速為57%。但是在這些海量數(shù)據(jù)真正產(chǎn)生對產(chǎn)業(yè)有價值的洞察之前，大量的基礎(chǔ)工作尚未完善。

比如，工業(yè)數(shù)據(jù)在采集過程中會遇到數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面的困難，這就需要進行工況分割、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測、數(shù)據(jù)樣本平衡、數(shù)據(jù)分割等數(shù)據(jù)預(yù)處理，這些工作本身就會耗費大量的時間和人力成本。

這一點，在數(shù)據(jù)密集型的半導(dǎo)體行業(yè)尤為突出。俞冠源指出，半導(dǎo)體大數(shù)據(jù)最大的問題是數(shù)據(jù)種類很多，如果不能很好整合，就會使數(shù)據(jù)雜亂無章。“小到一片Wafer上都有很多種數(shù)據(jù)，從IC設(shè)計到制造再到封測，每一道工序都產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，而這些散落在各個環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)也是此后追溯問題、提升良率的關(guān)鍵。”

與其他工業(yè)相比，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈極其長且高度細分，從芯片設(shè)計到晶圓制造，再到封裝、測試、PCB模板，然后再做成產(chǎn)品進入到實際應(yīng)用場景，每一步都是由一大批專門的公司去做。

“這種高度成熟的全球水平分工模式是造就半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)過去幾十年高速發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)架構(gòu)。但各個環(huán)節(jié)相對獨立讓各自的數(shù)據(jù)很難串聯(lián)在一起。”俞冠源說，“事實是，半導(dǎo)體公司要做數(shù)據(jù)分析，幾乎90%的時間花在前期的數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)整合上。”這讓試圖引入數(shù)據(jù)分析手段的半導(dǎo)體公司在具體操作層面遇到了實際難題。

此外，到了數(shù)據(jù)分析層面，缺乏有效的數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗和手段也是國內(nèi)很多Fab和Fabless面臨的困難。“與高通、AMD、英特爾等老牌企業(yè)相比，很多國內(nèi)廠商相對而言都還比較年輕，成立時間不長，缺乏相關(guān)經(jīng)驗，拿到數(shù)據(jù)以后，對于哪些數(shù)據(jù)要整合，哪些分析能夠幫助他們抓住問題，往往容易迷茫。”俞冠源指出。

而上述各種障礙的根源在于，整個行業(yè)數(shù)據(jù)相關(guān)的底層架構(gòu)未搭好。俞冠源比喻，這就相當于造房子時，底層的地基、水管、電線都要線架設(shè)好，尤其是數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)整合的部分，需要一個可供全行業(yè)使用的開放平臺去提前做好，可以為需要導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的公司提供有效的分析手段。

“一直以來我們在底層架構(gòu)的部分做了很多工作，也就是努力把‘水管、電線’都鋪設(shè)好，幫助企業(yè)可以‘拎包入住’，直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值。”俞冠源介紹，普迪飛所提供的Exensio平臺正是為此而生。

據(jù)了解，普迪飛的端到端分析平臺Exensio平臺，具備了大數(shù)據(jù)整合，清洗與分析功能，可以為整個產(chǎn)業(yè)鏈上的各種公司提供服務(wù)。如果將整個產(chǎn)業(yè)鏈以設(shè)計、晶圓制造和封裝測試三大環(huán)節(jié)來劃分，針對每一環(huán)節(jié)的特性，普迪飛均有對應(yīng)的產(chǎn)品模塊。

迄今為止，在IC設(shè)計部分，普迪飛的Fire Engine軟件分析了10億計的版圖結(jié)構(gòu)；在晶圓制造環(huán)節(jié)，全球超過24，000臺芯片生產(chǎn)設(shè)備通過其提供的生產(chǎn)監(jiān)控軟件進行連接；封裝測試部分，全球超過15個主要封測服務(wù)提供商的工廠數(shù)據(jù)與該平臺對接，超過16，000臺測試機和封裝設(shè)備通過其監(jiān)控整個運營情況的軟件相聯(lián)接。

更為重要的是，通過這樣一個連通全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)平臺，原本獨立分工的各個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)據(jù)層面的互聯(lián)。而這種互聯(lián)不僅僅只是設(shè)備間的，同時也將各個環(huán)節(jié)的半導(dǎo)體工程師與所有的芯片生產(chǎn)、封裝、測試設(shè)備連接起來，為設(shè)計和制造提供重要的參考，有助于降低各項成本，提高性能和良率。

普迪飛在過去30年里，與國際一流的流片廠及設(shè)計公司密切合作，幫助先進 Fab、Fabless、IDM/System等國際領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司完成了眾多先進工藝量產(chǎn)項目。

打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游挖掘數(shù)據(jù)價值

俞冠源指出，目前普迪飛是唯一一家覆蓋了從前端到后端半導(dǎo)體供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)的公司，通過幾十年的自身積累和對外并購，已經(jīng)打通了整個供應(yīng)鏈。在他看來，對產(chǎn)業(yè)鏈的端到端全覆蓋是普迪飛的核心價值。

他舉了一個例子，蘋果公司對其芯片供應(yīng)商就要求其提供的每一顆芯片都是可追溯的——哪一個工廠生產(chǎn)的，工廠的每一個步驟是什么，包括制造過程中用到的化學氣體，在哪臺設(shè)備上測試、封裝的，哪一個員工負責的，等等。因為只有追蹤到才能夠確認哪個步驟出了問題。

俞冠源解釋，這種端到端全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)分析之所以越來越關(guān)鍵，是由于半導(dǎo)體在全球范圍內(nèi)對各個行業(yè)的重要程度逐年遞增——半導(dǎo)體在產(chǎn)品中占比越來越高，對其可靠性的要求也越來越高。“比如汽車，以前最貴的部件是發(fā)動機，到如今，最貴已經(jīng)是半導(dǎo)體元器件。并且元器件的可靠性越來越重要，即便是幾塊錢的元件，如果壞掉了，也可能會引發(fā)交通事故，甚至會對人的生命造成影響。”

換句話說，幾塊錢的元件，會影響幾十萬的整車價值。“因而半導(dǎo)體的可靠性越來越重要，如果良率、可靠性出了問題，需要明確追溯到問題是在哪個環(huán)節(jié)出來的，是封裝還是制造環(huán)節(jié)，還是IC設(shè)計的缺陷。”

而到了半導(dǎo)體先進工藝節(jié)點，尤其在下探到7nm、5nm時，因為隨著工藝復(fù)雜度的提升，很多缺陷都不在表面上，而是埋在里面。怎樣在研發(fā)和量產(chǎn)時監(jiān)控這些東西，變得十分困難。因而提升良率除了從技術(shù)上調(diào)整之外，數(shù)據(jù)抓取能力的重要性越來越突出。

俞冠源介紹，先進節(jié)點的良率提升已經(jīng)不僅僅是晶圓廠考慮的事，F(xiàn)abless也需要在產(chǎn)品設(shè)計的時候，就把監(jiān)控結(jié)構(gòu)埋在產(chǎn)品里面，通過特征數(shù)據(jù)的抓取及高效分析來快速準確地定位問題，提高產(chǎn)品良率。

在這一部分，普迪飛在與世界一流芯片設(shè)計公司以及晶圓廠近30年的合作中，積累了大量不斷演進的良率提升技術(shù)。例如，可以幫助先進制程客戶設(shè)計獨特的監(jiān)控結(jié)構(gòu)，內(nèi)置于芯片的空閑位置，并結(jié)合普迪飛專用測試設(shè)備，實現(xiàn)大量特征數(shù)據(jù)的超高速抓取和分析，從而使得設(shè)計和工藝的缺陷一目了然。

具體來看，普迪飛的半導(dǎo)體大數(shù)據(jù)平臺Exensio Platform，包含了用于半導(dǎo)體缺陷偵測分類（Fault Detection and Classification， Exensio-Control）模塊、產(chǎn)品測試優(yōu)化模塊（Exensio-Test）、半導(dǎo)體良率管理系統(tǒng)模塊（Exensio-Yield）等，覆蓋了從IC設(shè)計、晶圓制造，到封裝和測試等的半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈。

擁抱AI、數(shù)據(jù)上云勢在必行 預(yù)見性分析是趨勢

俞冠源介紹，目前半導(dǎo)體公司在大數(shù)據(jù)分析上，最關(guān)注的是良率診斷分析，也就是出現(xiàn)問題后可以通過系統(tǒng)的方法快速追蹤問題源頭，從而進行診斷分析，改善良率。

但是隨著全行業(yè)智能化程度的深入，這種被動式應(yīng)對長遠來看顯然無法滿足需求。在問題發(fā)生之前的預(yù)見性分析成為更多業(yè)界領(lǐng)先者關(guān)注的重點。

一兩年前，臺積電就曾表示，已經(jīng)在工廠里開始使用人工智能，在人工智能的幫助下，能夠在不增加機器的情況下多生產(chǎn)20%-30%的wafer。例如，在某些關(guān)鍵工序上，使用人工智能對機臺的保養(yǎng)時間動態(tài)的做出調(diào)整，提高生產(chǎn)效率。另外，人工智能還可以將很多專家的經(jīng)驗和專業(yè)技能整合在一起，讓一個專家的經(jīng)驗在不需要專家在場的情況下就能大面積的鋪開使用，從而實現(xiàn)更好的經(jīng)驗傳承。

“下一步要做的事情就是預(yù)見，通過AI、機器學習等手段，從數(shù)據(jù)里面提出價值，來預(yù)防可能發(fā)生的問題。”俞冠源說。

比如，以晶圓廠為例，普迪飛的Process Control軟件其中有一部分功能就是監(jiān)測機臺設(shè)備，通過收集的過往數(shù)據(jù)來分析預(yù)測機器大約會在運作多少個小時之后可能會出現(xiàn)問題，導(dǎo)致生產(chǎn)的wafer報廢。這樣就可以提前讓機器停下來檢修。而以往，都是等到機器開始生產(chǎn)報廢的wafer了，才會停下設(shè)備。但往往停下來的時候可能已經(jīng)生產(chǎn)了一部分報廢的wafer。

隨著AI、機器學習、5G等技術(shù)的往前發(fā)展，數(shù)據(jù)量呈指數(shù)式增長，按需運算的需求越來越高。上云以獲取更靈活的計算資源和存儲優(yōu)勢，成為業(yè)界向工業(yè)4.0深入的必然選擇。

俞冠源以一片wafer為例，先進工藝制程的引入，一片wafer產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可能是原來的10倍乃至100倍。與此同時，AI、機器學習的引入意味著巨大的計算量，數(shù)據(jù)存儲空間、計算能力的要求與日俱增，全靠一家公司內(nèi)部架構(gòu)支撐顯然不現(xiàn)實。

上云已經(jīng)成為先進制造行業(yè)的核心之一，但是國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)對此仍有所保留。其中數(shù)據(jù)的安全性是晶圓廠和設(shè)計公司最大的顧慮。俞冠源認為這其中存在著一個誤區(qū)，“大家都認為數(shù)據(jù)放在自己公司比放在云端安全。實際上，一個半導(dǎo)體公司不是純IT公司，在安全方面的人力投入上遠不如云服務(wù)商。這些云服務(wù)商都會提供多重安全架構(gòu)，足以為客戶數(shù)據(jù)筑起強大的屏障。”

據(jù)悉，普迪飛推出的DEX網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)幫助全球主要封測廠實現(xiàn)了云端部署和邊緣計算，包括通過邊緣分析來實現(xiàn)快速預(yù)測和預(yù)測響應(yīng)，減少數(shù)據(jù)丟失，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。

據(jù)介紹，普迪飛除了與全球知名的云服務(wù)商，如AWS等密切合作外，還在軟件中做了很多保障數(shù)據(jù)安全的措施，并聘請了很多安全公司進行模擬入侵測試。

值得一提的是，2006年即進入中國市場的普迪飛，在過去15年里，業(yè)務(wù)模式隨著中國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展逐步升級。俞冠源介紹，國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)在工藝方面一直在更新?lián)Q代，芯片設(shè)計公司是成長最快的群體。針對芯片設(shè)計公司的特點，普迪飛此前推出了基于云端部署的Exensio-Hosted半導(dǎo)體數(shù)據(jù)分析平臺，是一款不需要任何IT維護的企業(yè)級云端數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以讓客戶隨時隨地存取數(shù)據(jù)，完成定制化的數(shù)據(jù)分析，快速查找問題根源。該平臺可以兼容多種數(shù)據(jù)，支持高效數(shù)據(jù)提取與加載，提供高度交互的數(shù)據(jù)可視化模塊，還有快速報警、深度追蹤以及強大的數(shù)據(jù)挖掘能力。
編輯：lyn