從「自動化」進化成「智動化」——智慧製造是半導體產業的未來趨勢
台灣擁有傲視全球、成熟完整的半導體產業聚落，在世界科技領域中扮演舉足輕重的角色。這個國家的經濟命脈，經過全自動化的時代後，即將迎來另一次生產技術的大變革——智慧製造。
當訂單越來越多，人力卻不夠，半導體業者該怎麽辦？
半導體產業包含了矽晶圓［註］ 、相關化學品與氣體及導線架等封裝材料，其中又以晶圓厰為大宗，例如台積電便是全球規模最大的晶圓代工厰。素有「現代科技應用的大腦與心臟」之稱的半導體，是現代多數電子產品的核心單元，因為各項產品正是利用半導體電導率變化的特性來處理資訊。然而，目前半導體製造業卻面臨人力資源跟不上產量需求提高的挑戰。
一般半導體廠場域面積大，人力短缺使企業面臨管理人手吃緊，再加上人員進出無塵室的過程繁瑣耗時，也是另一大負擔。與此同時，在廠內儀器參數比對和規劃生產計劃上，傳統人力也可能有出現誤差的風險。疫情時代也促成在宅經濟和 5G 應用的高速發展，各領域對晶片的需求大增，造成半導體產業出現產量需求高，但人力短缺的現象。
因此對不少業者而言，可有效緩解人力不足、大幅提升作業效率的數位轉型 （Digital Transformation） ，可謂勢在必行。
從「自動化」升級到「智動化」的智慧製造
那半導體產業的數位轉型，該怎麽做？所謂數位轉型，不僅僅只是將資料或作業數位化，還包括導入人工智慧（Artificial Intelligence，簡稱 AI） 與數位科技，來改變企業的整個營運生產模式。AI 指的是電腦程式可模擬人類思維過程的能力 ，而在 AI 概念下的機器學習（Machine Learning，簡稱 ML） ，即為機器可以根據已收集的大量數據，經由建立模型對新數據進行推測，學習找出最佳解、改善效能 。
結合 ML 的製造執行系統，需搭配裝置在工廠各處的多個傳感器（Sensor），來收集與回傳各樣的生產數據。它們與工廠設備的相互連接，即是運用了物聯網（Internet of Things） 的技術。有賴於 5G 科技的發展，數據可以達成高速率傳輸與低延遲，使得機器與機器之間可以達成溝通，在整合分析各方數據資訊後，有效率地完成各種指令操作，可以比自動化製造系統，更進一步為人類代勞工廠運作的大小事務。
舉例來説，當工廠的生產過程出現問題，自動化系統只會跳出異常通知，還是需要仰賴人員來進行手動排除；但換作應用 ML 系統的話，便可透過自我學習，來自動調整製作流程以解除異常狀況，無需人力介入便可自主解決，提升良率，達成「智動化」智慧製造（Smart Manufacturing） 的最終目的。
機器可以根據已收集的大量數據，經由建立模型對新數據進行推測，學習找出最佳解、改善效能。 圖／elements 懂得精益求精、提高品質產量的智慧工廠
一座運用智慧製造的半導體工厰，不但能自主克服製程中的疑難雜症，更能幫助提高晶圓的產量品質。在研發方面，AI 可以協助理解高複雜、高維度的製程開發挑戰，也可與 ML 軟體分析感測資料和檢測影響，進行品質管理與缺陷檢查。
此外，數據治理和數位分身，也是智慧製造的關鍵策略。對企業整體的數據進行管理和控制 ，以提高數據的價值 ，將因為數據產生的成本風險降到最低 ，是數據治理（Data Governance） 的核心精神。
在兼顧資訊安全下，數據治理的體系能使跨部門間的數據共享更為方便暢通。輔以 AI 及 ML 的運算，便可以使業務部門的客戶需求、供應鏈管理等資料，與工廠生產部門的設備控制與品管等流程，有更迅速緊密的配合，規劃好合適的未來生產計劃，指導人員進行相關作業。
如同我們可以在電玩游戲或社交媒體上，按照自己的個人形象，來打造自己的虛擬化身，工厰也能藉助現今的科技，來為產品的物理實體，在資訊化平臺或系統的虛擬空間中，打造一個類比實物 的數位分身（Digital Twin） 。
數位分身模型之概念圖。圖／wikimedia 數位分身也是物聯網的應用之一，半導體廠中，由傳感器所收集到的晶圓製造數據，在 AI、ML 和軟體分析的協助下被整合，對映成數位空間中「雙胞胎」的存在。這位孿生兄弟不僅能夠隨物理實體的變化而即時做出相應變化，還可以提供無法在實體產品上測試計算的數據。
理想情況下，數位分身可以經由機器學習，分析過去的歷史資料或多重來源的數據，來推估實體的未來情境。因此在危機或異常事件發生前，業者便可預先進行預測性的設備維護與產品的良率分析，比起傳統人力的判斷更加精確，降低技術風險，大大提高生產效率。
工業 4.0 浪潮來襲，智慧製造是產業未來趨勢
運用通訊科技、資料庫和電腦系統達成全自動化生產，已不是新鮮事，如今人類社會正迎來第四次工業革命的新一波浪潮。主打網絡與機械相互連接的核心精神，導入人工智慧、機器學習、物聯網感測與大數據分析等人機協作的智慧製造，是因應多變市場需求的時下趨勢。
在半導體領域中，企業龍頭台積電可説是數位轉型的成功案例，從二十年前的全自動化製造系統，如今致力於打造組織內部友善 AI 的工作環境，努力向智慧製造全面轉型。數位轉型的技術支援不能沒有半導體產業製造的晶片，而如今數位轉型也有望帶領半導體產業突破產能吃緊、人才短缺的困境，走向智慧製造的新紀元。
以台灣在地企業的智慧製造覆蓋率而言，就已在短短 6 年內成長 50％。舉全台最大的國際半導體展 SEMICON Taiwan 為例，智慧製造相關的展商在近六年內的成長幅度也同樣攀升了 50%。
今年高科技智慧製造特展將以歷年最大規模之姿登場，與全台最大半導體盛宴 SEMICON Taiwan 2022 國際半導體展同期同地舉辦，匯集橫跨高科技製造業智慧製造解決方案業者、系統整合、軟硬體商及智慧製造需求端業者，如盟立自動化、倍福自動化、家登精密、攝揚企業、日商 JEL 等不容錯過。
今年高科技智慧製造特展將以歷年最大規模之姿登場，與全台最大半導體盛宴 SEMICON Taiwan 2022 國際半導體展同期同地舉辦。圖／SEMI 因應疫情下數位轉型成為全球企業的重要任務，今屆展覽中的「高科技智慧製造論壇」將由美光科技、 Lam Research、 Rockwell Automation、Siemens 等知名企業專家以人工智慧工廠為主軸，探討 GEC 技術藍圖，內容包含五個部分包含數據管理、智能分析、數位分身預測等重點實務經驗分享，從晶圓厰到設備製造商和解決方案提供者的角度，讓參與者得以探究 AI 智能工廠的前景和挑戰，跟上數位轉型的步伐。
除了智慧製造議題，展覽期間共有超過 20 場重磅級的國際趨勢論壇，豐富主題涵蓋先進製程、異質整合、化合物半導體、車用晶片、永續製造、半導體資安及人才。論壇將在今年 9 月 13 日率先開幕，展覽則於 9 月 14 日至 16 日於臺北南港展覽館一館盛大開場，規模創歷年新高，届時將有 700 間國內外指標性大廠共襄盛舉，現場將有 2,450 個攤位展出，完整串聯全球半導體供應鏈，目前展會參觀與論壇皆已開放報名，參與席次有限，有興趣者趕快手刀至官網報名 起來！
註：晶圓（Wafer）是半導體晶體圓形的簡稱，是從半導體材料如最常見的矽，經過拉製、提煉等一系列處理過程，製成的圓柱狀半導體晶體經過切片、抛光而來。這些圓形薄切片被用於積體電路製程中的載體基片，也可用來製作太陽能電池。
參考資料 半導體是什麼？晶片產業一次看懂 About SEMI Smart Manufacturing initiative 【獨家披露】台積電數位轉型的下一步，靠AI推動全面轉型（上 ）【獨家披露】台積電數位轉型的下一步，靠AI推動全面轉型（下） 泛科學：每分鐘 15 次的駭客攻擊，5G 世代的臺灣資安挑戰——資安所王仁甫策略總監專訪 Data Governance – 臺灣人工智慧行動網 「數據治理」：人工智慧企業的基本功 科技大觀園：從全自動化製造邁向智慧製造 聯剛科技股份有限公司 【新興領域：9月焦點8】數位分身（Digital Twin）技術發展趨勢與不同層次應用模式 半導體資安的新挑戰！後疫情時代，如何全面打造半導體供應鏈數位韌性 工業4.0大全，從淺到深一篇搞懂它！
本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 30 期（2017 年 03 月號）
