台积电数字转型的下一步,靠AI推动全面转型(上)

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“台积公司一直用IT重新定义半导体的制造与生产。”台积公司信息部门一位主管沈文冰的这句话,点出了IT在台积数字转型大变革中的关键地位。在2020年底,台积电有史以来举办首次线上IT征才活动,罕见地披露了多项推动数字转型的新战略和布局。这不是台积电IT第一次大变革,而是30年来的第三度革新。

创造出半导体制造代工服务模式的台积电,非常清楚制造服务业的本质是服务,早在1996年就提出“虚拟芯片厂”概念,更推动企业组织再造,从生产导向的组织形态,转变为以服务为本位的服务型组织,要求技术人才要具备营销技能。

IT,就是让台积顺利将各种制造服务转为自动化的关键。在1996年,台积为了将后勤和财务信息转换成管理信息来辅助决策,展开了信息系统大升级,当年WWW技术才刚点燃了全球互联网新浪潮不久,台积就能运用当时的网络技术,推出了全方位订单管理系统,让顾客通过计算机网络连接取得订单和产品生产信息,这也是半导体代工产业的创举。1999年更推出供应链管理的信息服务,可以让客户通过网络下单、即时查询芯片生产进度和出货状况,早在30年前,台积电就采取了现在网络电商惯用的销售形式。

由于当时台积早已高度计算机化,许多业务相关软硬件系统和生产设备,都面临了2000年年序问题的挑战,所以,台积电在1997年发起了Y2K项目,提前因应,顺利渡过Y2K危机。

2000年台积芯片生生产机制造形态,从过去的半自动,迈入了全自动化时代。

台积电也持续投入电子商务,以成为客户半导体产品生产的虚拟芯片厂为目标。不只是可以让顾客通过互联网,来进行从芯片设计构思到完成芯片验证的程序,也推出了TSMC-Online 2.0线上系统,可提供交互式查询芯片制造相关信息,不同客户角色还可以自订接口。

台积电在2000年推出了设计服务联盟(Design Service Alliance)的产业生态系统合作模式,将集成电路设计自动化领导厂商、组件数据库和半导体智财供应商,以及产品设计执行服务企业组成了一个生态系统。这种生态系统合作模式的做法,台积电后来更用来结合到更多个产业生态系统,甚至还扩大套用,连云计算供应商都可以纳入半导体产业生态系统中。

当时半导体吹起产业解构趋势,台积看好互联网技术会推动无阻力业务流程的发展,更加速解构。所以,台积电更在2000年首创eFoundry(后来,台积电用EFOUNDRY来称呼这个理念所创建的平台和服务)服务理念,要将更多客户服务内容,都延伸到互联网上提供,创建更即时便捷的沟通模式。IT成为台积改造对外服务的关键基础。

这个eFoundry服务(网际专业集成电路制造服务)的基本架构,包括了三大类用途的系统,分别是设计合作、工程合作和后勤合作的系统,整体是以网络为基础所打造的一套服务系统。例如2002年报就指出,台积电的设计服务,就提供了线上技术信息查询服务,客户能下载台积公司技术文件,来确保制程一致性与包容性。

这个台积电的eFoundry服务,更通过互联网提供到一天24小时,每周7天的持续服务水准。2011年报指出,设计合作上可以提供每一设计阶段准确与最新的设计信息,工程合作上则可提供客户芯片良率测试及可靠度相关的工程信息,而后勤合作可以做到一天提供3次,客户芯片在工厂封装测试及运送的多项后勤信息。

不只用于对外的客户服务,在台积电发展第一阶段智能制造过程,内部制程和系统也善用IT。台积从2001年初开始创建企业供应链管理系统,2002年更有多项改善整体供应链性能的跨部门项目,结合IT、资材、财务部门和工厂运行资料,如线上供应(Supply On-line)系统,可集成所有供应商相关信息给供应商,降低了原料存货水准。或像是原物料计划管理系统(Materials Planning Management System, MPMS),来改善生产物料的需求预测,降低缺料的风险。

后续几年,台积电更持续在运筹管理、生产进程管理、存货管理、知识管理上善用IT来提高效率。2005年时,物料策划及库存管理上持续改善,已经可以通过每周资料更新,有效集成资材与其他相关单位的供需信息,2007年,继续精进物料及库存管理,通过即时资料更新及报表系统,能有效地集成资材及其他相关单位的供需信息,来提升对物料需求的预测,以便采取快速和正确的因应措施。

为了提供集成电路设计者一套精致的设计基础架构,台积电在2008年时,创立了“开放创新平台”(Open Innovation Platform,简称OIP),当时纳入了电子设计自动化(EDA)流程、通过硅芯片验证的数据库和硅知识产权、模拟及验证用的设计组件,如制程设计组件(PDK)及技术文件。虽然,这不是IT主导的研发成果,但是IT协助打造了交付相关信息到用户面前的渠道,后来在2018年时,台积电更直接改在云计算提供虚拟芯片设计环境,IT的信息基础架构能力,更成了构建这个虚拟设计环境服务的关键。

2012年,台积电的智慧制造迈入了第二阶段,进入集成平台和大数据分析的时期。在工程性能优化上,除了利用先进机台控制(Advanced Equipment Control)与即时缺陷侦测(Fault Detection)之外,也开始运用大量工程数据挖掘(Engineering Big Data Mining)、中央管理制造平台(Centralized Operation Platforms),来优化机台、制程和良率。后来,更发展出利用大量工程资料协助决策分析的“智动化”系统(Intelligent Automation System),来维持机台高效稳定运转。另外,在2014年报中透露,台积电也开始导入智能化移动设备,由IT开发内部用的移动App。

台积电早在2011年就开始尝试将AI技术导入芯片制造,研发智能化生产流程,2015年报更披露了机器学习优化工程性能的成果。从2016年开始,台积电全力拥抱各种数字新科技,不只是智能制造,更决定要用机器学习和AI推动全面数字转型。

台积电的下一代智能工厂,就导入了移动应用、MR、IoT、大数据和AI技术。IT软件开发策略也采取Mobile-First和Cloud-First,靠云计算科技作了很多创新。

台积电这几年陆续提出“精准制造”、“精简制造”,2015年报提出了“精实与智能生产”,后来在2016年报则提出了“敏捷与智能生产”的理念。这些发展背后都大量运用了IT和AI。

几年从大数据到AI技术的投入后,台积电2015年报披露,已经集成了先进资料分析、智能诊断、自我反应引擎和生产知识等技术,工厂的生产模式,也从“自动化”进一步发展为“智能化”模式,例如发展出了在制品与生产线管理系统,能够精准控制在制品水位,还配备了弹性化的需求/产能模型系统。在一些成熟工厂中,更利用IoT和智能化移动设备,来改善资料收集、良率关注、物料发送和流程的效率。

随着先进制程发展上,线宽持续微小化和缩短,台积电面临了更严格制程管制的挑战,台积在制程管制和分析系统上集成了多种智能功能,例如开发出了精准即时缺陷侦测分类系统、先进智能机台控制和先进智能制程控制,可以即时监控,来准确调整制程条件。另外,也开发出精准机台腔体匹配(Precision Equipment Matching)和良率采矿分析(Yield Mining)来降低制程变异和潜在的良率损失。为了找出影响产品品质好坏的关键,更打造了一个大数据、AI和ML的架构。除了AI技术研发,台积也开始培训自己的机器学习人才,举办全公司性的训练课程,2017年时开始规划要在内部培训300位ML专家。

到了2018年报透露,台积内部AI应用更广泛了,包括了调度与派工、人员生产力、机台生产力、制程与机台控制、品质防御以及机器人控制等。台积电的制程管制和分析系统不只可以自我诊断和自我反应,还具备自我学习的能力。