2021 年，全球汽車(chē)制造商因無(wú)法獲得一美元微控制器而停止生產(chǎn)。先進(jìn)半導(dǎo)體的等待時(shí)間從 12 周躍升至超過(guò) 26 周，這表明全球供應(yīng)鏈已經(jīng)變得多么脆弱。良率損失和制造缺陷不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，它們是影響采購(gòu)領(lǐng)導(dǎo)者、供應(yīng)鏈經(jīng)理甚至國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略挑戰(zhàn)。

與此同時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體的需求繼續(xù)持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到 2030 年，全球消費(fèi)將以 7% 至 8% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，而產(chǎn)能僅以每年 5% 左右的速度增長(zhǎng)。這種不匹配使每片晶圓都變得非常有價(jià)值。即使先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的良率僅提高 2%，每年也可以釋放約 150,000 片晶圓，這意味著數(shù)十億美元的額外供應(yīng)。

生成式人工智能通過(guò)提前創(chuàng)建優(yōu)化設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)潛在缺陷以及增強(qiáng)晶圓制造中的調(diào)度來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。它正在重塑半導(dǎo)體行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性——提高良率、減少不一致并增強(qiáng)供應(yīng)鏈的可靠性。

半導(dǎo)體制造中的良率挑戰(zhàn)

芯片制造涉及從光刻到蝕刻的 1,000 多個(gè)步驟。在三納米及以下的先進(jìn)節(jié)點(diǎn)上，微小的原子級(jí)變化會(huì)使晶圓無(wú)法使用。由于單片硅片的成本超過(guò) 16,000 美元，任何良率損失都會(huì)直接降低利潤(rùn)率。

美光科技首席執(zhí)行官 Sanjay Mehrotra 表示，良率的每一個(gè)百分點(diǎn)提高都像是在沒(méi)有資本投資的情況下增加一個(gè)新的制造工廠。

生成式人工智能如何創(chuàng)造戰(zhàn)略?xún)r(jià)值

生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò) （GAN）、變分自動(dòng)編碼器 （VAE） 和基礎(chǔ)模型等生成模型超越了預(yù)測(cè)分析：它們生成了更好的替代方案。四個(gè)應(yīng)用程序脫穎而出：

1. 設(shè)計(jì)優(yōu)化

生成式 AI 評(píng)估數(shù)千種布局變體，以識(shí)別減少缺陷的配置。新思科技與臺(tái)積電 （TSMC） 合作，報(bào)告稱(chēng)，使用人工智能驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)空間探索，良率提高了 15%。隨之而來(lái)的是更快的設(shè)計(jì)周期和更快的交付給客戶(hù)。一家歐洲無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)公司利用生成式人工智能進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，并在短短 18 個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)了投資回報(bào)率，減少了晶圓報(bào)廢，加快了收入實(shí)現(xiàn)，并降低了運(yùn)營(yíng)成本。

1. 缺陷預(yù)測(cè)

人工智能生成合成晶圓圖，在缺陷出現(xiàn)之前訓(xùn)練檢測(cè)系統(tǒng)。總部位于美國(guó)的 KLA 公司報(bào)告稱(chēng)，缺陷檢測(cè)提高了 25-30%，從而產(chǎn)生了更多可用的晶圓和更快的生產(chǎn)周期。三星實(shí)施了基于人工智能的良率學(xué)習(xí)，將生產(chǎn)線故障率降低了 12%，減少了緩沖庫(kù)存需求并提高了交付可靠性。

1. 光刻協(xié)助

AI支持掩模圖案生成，通過(guò)逆光刻技術(shù)（ILT）和光學(xué)接近校正（OPC）最大限度地減少失真。英特爾報(bào)告稱(chēng)，邊緣放置誤差減少了 40%，提高了一次通過(guò)良率。

1. 供應(yīng)保證和織物調(diào)度

生成式 AI 模擬數(shù)千個(gè)調(diào)度場(chǎng)景，平衡工具使用，并最大限度地提高吞吐量。一家臺(tái)灣無(wú)晶圓廠公司利用人工智能調(diào)度將晶圓周期時(shí)間從 20 天縮短到 17 天，確保在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中及時(shí)交付芯片。

它還增強(qiáng)了更廣泛的供應(yīng)鏈彈性。Global Foundries 應(yīng)用預(yù)測(cè)分析將材料短缺期間的恢復(fù)時(shí)間縮短了 30%，幫助采購(gòu)部門(mén)在中斷期間滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

行業(yè)案例研究和成果

• Samsung Foundry – 基于人工智能的良率學(xué)習(xí)- 它將切割線故障率降低了 12%，降低了緩沖庫(kù)存要求并提高了客戶(hù)的交付可靠性。

• Global Foundries – 預(yù)測(cè)性供應(yīng)鏈分析：通過(guò)預(yù)測(cè)性分析，它提高了供應(yīng)鏈的彈性，并將材料短缺期間的恢復(fù)時(shí)間縮短了 3%，使采購(gòu)團(tuán)隊(duì)能夠滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

• 歐洲無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)公司 – 設(shè)計(jì)優(yōu)化： 該公司采用生成式人工智能進(jìn)行布局優(yōu)化，僅用了 18 個(gè)月就實(shí)現(xiàn)了投資回報(bào)率 （ROI）。通過(guò)減少晶圓廢料、加快收入實(shí)現(xiàn)和降低運(yùn)營(yíng)成本。

戰(zhàn)略采購(gòu)和供應(yīng)鏈價(jià)值

生成式人工智能具有雙重作用。在車(chē)間，它的功能就像檢查數(shù)十億個(gè)缺陷模式以提高產(chǎn)量。在董事會(huì)中，它可以降低風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)供應(yīng)連續(xù)性，并保護(hù)利潤(rùn)率。
生成式人工智能的預(yù)測(cè)洞察設(shè)施可以幫助優(yōu)化交貨時(shí)間、多源戰(zhàn)略指導(dǎo)和供應(yīng)商談判，并使合同要求與晶圓廠的實(shí)際績(jī)效保持一致，確?？煽康漠a(chǎn)能保證。

SEMI 首席執(zhí)行官 Ajit Manocha 表示，生成式人工智能不僅僅是提高產(chǎn)量，它還降低了流程可變性，提高了可預(yù)測(cè)性，并增強(qiáng)了整體運(yùn)營(yíng)彈性。

采用的挑戰(zhàn)

盡管具有變革潛力，但在半導(dǎo)體行業(yè)采用生成式人工智能仍面臨一些挑戰(zhàn)：

? 數(shù)據(jù)機(jī)密性：這仍然是關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)樘幚砗蟮臄?shù)據(jù)是專(zhuān)有的，難以在生態(tài)系統(tǒng)之間共享。

? 計(jì)算強(qiáng)度：需要大量的計(jì)算設(shè)備來(lái)訓(xùn)練復(fù)雜的人工智能生成模型。

? 可解釋性差距：為了培養(yǎng)信心，工程師和采購(gòu)團(tuán)隊(duì)需要人工智能建議保持透明。

? 變革管理：為了充分實(shí)現(xiàn)價(jià)值，晶圓廠必須對(duì)流程工程師進(jìn)行再培訓(xùn)，對(duì)采購(gòu)專(zhuān)家進(jìn)行人工智能素養(yǎng)教育，并跨孤島將數(shù)據(jù)科學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系起來(lái)。

未來(lái)之路：邁向自主和彈性晶圓廠

下一代半導(dǎo)體工廠越來(lái)越依賴(lài)生成式人工智能作為中央智能。新興趨勢(shì)包括：

1. 自主晶圓廠：它利用生成式人工智能實(shí)時(shí)修改配方，以減少產(chǎn)量損失并提高效率。

2. 協(xié)作生態(tài)系統(tǒng)：設(shè)計(jì)公司、設(shè)備制造商和晶圓廠共享人工智能模型，以?xún)?yōu)化生產(chǎn)和供應(yīng)鏈彈性。

3. 零缺陷制造：雖然理想主義，但生成式人工智能在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)方面正在取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，使晶圓廠更接近近乎完美的產(chǎn)量和一致性。

領(lǐng)導(dǎo)者的戰(zhàn)略要?jiǎng)?wù)

對(duì)于采購(gòu)主管、半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者和戰(zhàn)略決策者來(lái)說(shuō)，前進(jìn)的道路是明確的：

1. 跨運(yùn)營(yíng)擴(kuò)展 AI：從試點(diǎn)過(guò)渡到計(jì)劃、光刻、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化和檢測(cè)工作流程的完全集成。

2. 在采購(gòu)中利用人工智能： 利用洞察力進(jìn)行合同談判、供應(yīng)商多元化和交貨時(shí)間可預(yù)測(cè)性。

3. 投資于人員和協(xié)作：整合供應(yīng)鏈經(jīng)理、數(shù)據(jù)科學(xué)家的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并加強(qiáng)與人工智能解決方案提供商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的協(xié)作。

結(jié)論

生成式人工智能正在改變芯片制造。它可以提高產(chǎn)量、減少缺陷并改進(jìn)生產(chǎn)計(jì)劃。更重要的是，它可以幫助領(lǐng)導(dǎo)者使供應(yīng)鏈更強(qiáng)大，利潤(rùn)率更穩(wěn)定，交貨時(shí)間更可預(yù)測(cè)。

首先采用人工智能的公司將釋放額外的產(chǎn)能，保護(hù)供應(yīng)連續(xù)性，并獲得明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。每個(gè)晶圓都很重要，每周的交貨時(shí)間都很重要。生成式人工智能確保兩者都不會(huì)被浪費(fèi)。