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芯片制造，良率和效率是关键。自动物料搬运系统AMHS（Automated Material Handling System）就是在该需求中应运而生的。
AMHS 已成为12英寸晶圆厂标配
在晶圆厂中，AMHS负责整个晶圆生产过程中的物料自动搬送工作，通常包含传送设备、存储设备以及调度系统。从具体方案的角度来看，当前晶圆厂主要在用的AMHS方案有三种：空中行走式无人搬送车（OHT天车）、洁净存储系统（STK）方案和移动 机器人（ AGV）地面方案。
事实上，在早期的晶圆厂，工程师们都是采用人工搬运或半自动化的方式来进行物料的统筹，但到了8英寸时代，晶圆厂开始逐步导入AMHS的AGV地面方案和OHT天车方案。今天，在12英寸晶圆厂，AMHS天车方案已经成为行业标配。
为何12英寸比8英寸更需要AMHS？这是因为晶圆尺寸越大，相应晶圆厂的建造面积会随之扩大，对于12寸Fab来说，单个存满wafer的FOUP重量已达8-15公斤，体积为8寸晶圆盒的2倍，通过人工搬送已经不能弥补物料传送环节的不流畅和稳定性问题，因此全自动化在当今的晶圆厂是必需品。
图 | 弥费科技创始人兼CEO缪峰正在介绍AMHS产业现状，botiantang摄制
根据弥费科技创始人兼CEO缪峰的介绍，一般一座12寸40nm 40000片月产能的晶圆厂通常包含约200台天车构成的天车传送系统、约25-30台大型存储设备和10000台以上的空中缓存单元，以及其他各种形式的传输、存储 、净化设备。
据悉，在台积电的工厂里，就有1800台全球最先进的天车在运转。
AMHS 市场稳定增长，多年来一直被村田和大福垄断
如今，AMHS可实现半导体晶圆厂生产线间物料的无尘自动搬运，减少搬运过程的振动，满足半导体的精密化生产需求，提升半导体的生产效率，已经成为晶圆厂的必备核心装备。
放眼半导体前道制造，我们来看一下AMHS在其中的占比情况。根据Gartner 2021年的数据显示，生产自动化与控制类设备在晶圆前端设备占比为4.1%，而AMHS占此类近7成，即AMHS在整个半导体前道设备市场中占比约3%。
图 | AMHS系统运行展示，图源：弥费科技公众号
聚焦于AMHS市场，根据市场侧统计，目前在半导体领域，全球AMHS市场规模在36亿美金 (~265亿人民币) 左右，年复增长率为16%左右，多年来全球市场基本被日本村田机械和日本大福所垄断，市占率达95%以上。
面向中国市场，12英寸晶圆厂成为半导体转型升级的热点，根据12英寸晶圆厂采购一套完整的AMHS系统(包括 软件+硬件)约占晶圆厂设备投资总额的3%，可以预计，未来4年内，国内晶圆厂AMHS系统平均的市场需求约为52亿元/年。
除了12英寸增量市场外，还有8英寸存量市场的更新迭代，当前8英寸晶圆厂急需自动化系统升级以提升效率。根据2022-2025年大陆地区已公布的晶图厂投资扩产计划，4年间晶圆厂(8英寸和12英寸)的平均设备投入资金约为1732亿/年。
AMHS 国产化率5%，弥费科技贡献90%
半导体芯片制造流程复杂，生产工序达上千道，晶圆制作过程技术要求较高，因此AMHS是一套复杂的自动化搬运系统。同时AMHS在整个前道制造设备投入上的占比又没那么大，所以晶圆厂在选择AMHS系统供应商时异常谨慎，大大抬高了国产厂商的进入壁垒，这也是为什么这么多年来一直被日本村田机械和日本大福所垄断的原因所在。
但受到国际上逆全球化大环境的影响，中国亟需建立完整的半导体供应链体系，实现产业自给自足，为此近年来国内厂商也开始逐步突破，导入晶圆制造环节，通过demo、小规模试验，不断积累场景经验，包括弥费科技、新施诺、成川科技、尊芯智能、芯奕华、华芯装备、芯运智能、派迅智能等。
当前，AMHS的国产化率在5%左右。值得一提的是，在这批AMHS国产化大军中，我们看到弥费科技的国产替代市占率超过了90%，已经累计服务超过30家晶圆厂，并已成功打入全球前五大晶圆厂中的4家，成为中国半导体晶圆厂AMHS细分赛道的领跑者。
AMHS 方案国产化，正在带动整个供应链国产化
纵观弥费科技的成长，2014年成立之初还是一家聚焦技术服务的公司，真正启动AMHS研发是2018年才开始的，当时在苏州工业园区的仓库中划分了一个区域拿出来做移动机器人的研发，后来又开始做净化设备、存储设备，在不断交付新品的过程中茁壮成长。
图 | 弥费科技临港生产基地暨全球研发中心启用仪式及媒体开放日现场，botiantang摄制
缪峰在弥费科技临港生产基地暨全球研发中心启用仪式及媒体开放日上表示：“弥费科技的每一款产品，从研发到真正量产大概需要3年的时间，所以过去我们以平均每年4款新品的速度推向市场，累计至今已经交付给客户三十几款半导体设备，这体现了我们的市场竞争力。今天，全新的临港生产基地暨全球研发中心的启用，占地约8000㎡，并构建了以天车为核心的洁净室AMHS整体解决方案2000㎡标准化示范线，这标志着弥费科技迈向了一个崭新的阶段。”
这里要强调一点，从仿真到验证，在到最后的实施交付，弥费科技采取的是正向研发的思路，而非逆向工程。
图 | 弥费科技CTO李宏伟博士正在介绍公司研发战略，botiantang摄制
对此，弥费科技CTO李宏伟博士表示：“弥费科技的目标是，到2026年能够成为半导体领域全球前三的AMHS系统及供应商。当前我们已经推出了以天车核心传输设备、协作式机器人、晶圆存储设备、光罩存储设备、缓冲存储设备、上下料口净化设备等三十余种AMHS设备和软件调度系统为代表的产品，并已完成了从AMHS产品供应商向AMHS系统级供应商的演进。我们的研发体系采取的是四代战略，即研发一代、储备一代、开发一代、部署一代，来满足高速发展的行业需求。”
面对与国际两大厂商的差距，李宏伟坦诚地说：“首先，他们积累了丰富的实战经验，因此在数据量和算法鲁棒性方面具备优势；其次，这两家厂商的产品平均搬运效率较高，国内厂商仍需努力迎头赶上。”
笔者注意到，就在2023年三季度，弥费科技的AMHS系统级解决方案已经通过验证并顺利交付芯粤能半导体。在2023北京微电子国际研讨会暨IC WORLD大会上，缪峰曾透露：“2023年第四季度，弥费科技将进一步实现8英寸和12英寸半导体晶圆厂AMHS的整厂量产交付，这意味着海外寡头在过去20～30年对半导体AMHS这一细分赛道上垄断局面将被彻底打破。”
除了AMHS产业本身的演进外，我们还看到，这些系统级方案国产化的同时，也在带动整个供应链实现国产化，包括主控、非接触式供电系统、通信网络等。
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面向未来，在弥费科技的眼中，晶圆厂的下一个创新点是工厂的全面数字化，实现工艺的可预测、可监控、可优化和可调整。而在这浪潮之中，弥费科技作为国产力量在不断深耕本土市场的同时，也将加大出海计划的布局和投入，包括在马来西亚新建一个组装厂，来满足东南亚片区客户的需求。
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