在全球芯片緊缺之際，半導(dǎo)體領(lǐng)域最近傳出一則好消息：全球汽車零部件供應(yīng)商博世集團(tuán)（BOSCH）位于德國德累斯頓的新晶圓廠開業(yè)了！

據(jù)悉，該工廠實現(xiàn)了互聯(lián)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動和自動優(yōu)化，投入運(yùn)營后將主攻車用芯片制造，旨在為連接和電動汽車提供支持。在全球“缺芯”愈演愈烈的大背景下，這無疑是給汽車半導(dǎo)體市場打了一針強(qiáng)心劑。

（博世德累斯頓晶圓廠宣布正式落成）

接下來，就帶大家領(lǐng)略一下博世德累斯頓晶圓廠的智能化風(fēng)采。

最大單筆投資，彰顯發(fā)展信心

這座價值約為10億歐元的高新技術(shù)工廠，是博世130多年歷史上總額最大的單筆投資，彰顯了其對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高度重視。

據(jù)了解，德累斯頓晶圓廠自2018年6月開始施工建設(shè)，占地面積約為10萬平方米。2019年下半年，德累斯頓晶圓廠完成外部施工，其建筑面積達(dá)到7.2萬平方米。隨后，博世進(jìn)行了工廠內(nèi)部施工，并在無塵車間安裝了首批生產(chǎn)設(shè)備。2020年11月，初步建成的高精密生產(chǎn)線完成了首次全自動試生產(chǎn)。在最后的建設(shè)階段，德累斯頓晶圓廠將聘用700名員工，負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和監(jiān)測以及機(jī)器設(shè)備維護(hù)工作。

事實上，博世目前在斯圖加特附近的羅伊特林根已有一家半導(dǎo)體工廠。而之所以選擇在德累斯頓建設(shè)第二個晶圓廠，是因為這項投資將有助于推動博世、德國乃至歐洲，甚至整個半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。

據(jù)博世德累斯頓半導(dǎo)體生產(chǎn)商務(wù)副總裁Marek Jakowatz介紹，德累斯頓晶圓廠位于“薩克森硅谷”，是整個歐洲半導(dǎo)體制造的中心。在這里，半導(dǎo)體行業(yè)工作的員工超過6000人，公司超過200家，大學(xué)、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)，以及機(jī)械供應(yīng)商和半導(dǎo)體生產(chǎn)商建立了非常好的網(wǎng)絡(luò)。所以，從基礎(chǔ)設(shè)施的角度而言，這里的地理優(yōu)勢十分顯著。

“之所以選擇在德累斯頓建廠，是因為德累斯頓是歐洲微機(jī)電的三大中心之一。德累斯頓非常靠近我們的研發(fā)部門，其所在的地區(qū)也是半導(dǎo)體行業(yè)的聚集地，在這里有很多有經(jīng)驗的半導(dǎo)體行業(yè)從業(yè)者。目前，德累斯頓晶圓廠已經(jīng)有200多名員工在工廠當(dāng)中工作，在德累斯頓也有大量的半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，所以我們選擇在德累斯頓建廠。”Marek Jakowatz進(jìn)一步解釋說。

（德累斯頓晶圓廠的核心技術(shù)是300毫米晶圓制造）

據(jù)介紹，德累斯頓晶圓廠主要是做300毫米（12英寸）的晶圓技術(shù)，單個晶圓可產(chǎn)生3.1萬片芯片。與傳統(tǒng)的150和200毫米晶圓相比，300毫米晶圓技術(shù)將使博世進(jìn)一步提升規(guī)模效益，并鞏固其在半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。此外，全自動化生產(chǎn)和機(jī)器設(shè)備之間的實時數(shù)據(jù)交換，還將顯著提高德累斯頓晶圓廠的生產(chǎn)效率。

不過，在談及新工廠能否緩解全球半導(dǎo)體產(chǎn)能短缺的問題時，博世集團(tuán)董事會主席沃爾克馬爾?鄧納爾博士表示，我們自產(chǎn)的芯片，毫無疑問能夠幫助全球半導(dǎo)體短缺現(xiàn)象得到一些緩解，但我們不可能生產(chǎn)所有ECU所需的芯片、傳感器。換句話說，德累斯頓晶圓廠確實可以起到一定的緩解作用，但無法靠一己之力解決全球半導(dǎo)體的短缺現(xiàn)狀。

發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，打造智慧工廠

值得一提的是，德累斯頓晶圓廠最早將于今年7月開始啟動生產(chǎn)，這比原計劃提前了6個月，其生產(chǎn)的半導(dǎo)體將被應(yīng)用于博世電動工具。而車用芯片的生產(chǎn)將于9月啟動，這也比原計劃提前了3個月。

作為全球最先進(jìn)的芯片工廠之一，德累斯頓晶圓廠之所以能夠提前啟動生產(chǎn)，與以下幾點有著密不可分的關(guān)系。

首先，集中式數(shù)據(jù)架構(gòu)是新工廠最大優(yōu)勢之一。在1萬平方米的無塵車間中，博世鋪設(shè)了300公里的數(shù)據(jù)線，促使大約100臺機(jī)器和生產(chǎn)線都實現(xiàn)了數(shù)字化互聯(lián)，并通過中央數(shù)據(jù)庫與復(fù)雜的建筑設(shè)施進(jìn)行連接。晶圓廠中來自于設(shè)備、傳感器和產(chǎn)品的所有數(shù)據(jù)都被記錄在一個中央數(shù)據(jù)庫中，其每秒生成的生產(chǎn)數(shù)據(jù)相當(dāng)于500頁文本。在短短一天之內(nèi)，數(shù)據(jù)就超過了4200萬頁，重量可達(dá)到22公噸。豐富的數(shù)據(jù)可以幫助工廠在任何時候都能精準(zhǔn)地確認(rèn)每個晶片在生產(chǎn)過程中的位置、下一步動向，以及何時到達(dá)。

隨后，這些數(shù)據(jù)將由人工智能進(jìn)行評估。在此過程中，自動優(yōu)化的算法能夠?qū)W習(xí)如何根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，并實現(xiàn)實時分析制造和維護(hù)過程。

其次，新工廠有效融入了智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。作為一家智能物聯(lián)網(wǎng)工廠，德累斯頓晶圓廠有效融合了人工智能（AI）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT），依托于這兩項技術(shù)，博世為以數(shù)據(jù)驅(qū)動的持續(xù)改進(jìn)為生產(chǎn)奠定了良好根基，并為工業(yè)4.0設(shè)定了全新標(biāo)準(zhǔn)。

（德累斯頓晶圓廠是博世首個智能物聯(lián)網(wǎng)工廠）

其中，人工智能可用來評估晶圓廠中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。例如，人工智能算法可以檢測到產(chǎn)品中出現(xiàn)的微小異常。這些異常在晶圓片表面以特定錯誤圖案形式（又被稱為標(biāo)記）出現(xiàn)。在這些異常影響產(chǎn)品可靠性之前，專家就會立即對原因進(jìn)行分析，并及時糾正過程偏差。這是進(jìn)一步改善制造工藝和半導(dǎo)體質(zhì)量，以及實現(xiàn)較高水平穩(wěn)定性的關(guān)鍵。同時，這也就意味著半導(dǎo)體產(chǎn)品可以快速地進(jìn)入量產(chǎn)階段。

此外，人工智能算法可以精確預(yù)測制造機(jī)械和機(jī)器人是否需要及何時進(jìn)行維護(hù)或調(diào)整。換句話說，這類工作并不按照嚴(yán)格的時間表，而是能夠預(yù)判問題并及時處理。人工智能還應(yīng)用于生產(chǎn)調(diào)度，可以在工廠中約100臺機(jī)器上引導(dǎo)晶圓歷經(jīng)數(shù)百個處理步驟，從而節(jié)省時間和成本。

第三，數(shù)字孿生讓新工廠更加“聰明”。事實上，德累斯頓有兩個晶圓廠，一個是在現(xiàn)實世界，另一個是在虛擬數(shù)字世界，專業(yè)術(shù)語稱之為“數(shù)字孿生”。在施工過程中，工廠的所有部分以及與工廠相關(guān)的全部施工數(shù)據(jù)都將以數(shù)字化形式記錄下來，并以3D（三維）模型實現(xiàn)可視化?！皵?shù)字孿生”囊括了約50萬個3D對象，包含建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施、供應(yīng)及處置系統(tǒng)、電纜管道、通風(fēng)系統(tǒng)，以及機(jī)械和生產(chǎn)線。由此，博世能夠模擬流程優(yōu)化計劃并進(jìn)行相應(yīng)升級改造工作，而無需干預(yù)正在進(jìn)行的操作。

此外，德累斯頓晶圓廠還應(yīng)用了智能眼鏡和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)）讓機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)。得益于智能AR眼鏡和平板電腦，工作人員能夠看到疊加在現(xiàn)實環(huán)境之上的數(shù)字化內(nèi)容。全世界的專家可以遠(yuǎn)程進(jìn)入無塵車間，為工廠員工提供指導(dǎo)和幫助。與此同時，為了讓機(jī)器與計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸更為靈活，德累斯頓晶圓廠還將在未來引入5G移動通信標(biāo)準(zhǔn)。

（智能眼鏡和AR讓機(jī)器實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)）

總之，憑借著高度自動化、數(shù)字化互聯(lián)設(shè)備、集成式流程和人工智能算法，德累斯頓晶圓廠現(xiàn)已成為智能工廠的典范和工業(yè)4.0的先鋒。