2024 年 11 月 28 日 能源、水、化学品、电力--微电子行业是一个资源密集型行业，在环境和可持续发展方面有着雄心勃勃的目标。微芯片的生产应该越来越经济。初创公司 algorismic 是第一家为子工厂的所有机器和系统提供独立于制造商的开源软件解决方案的公司。这一成就的取得离不开硅萨克森集群中众多公司之间的密切合作。
硅萨克森州是欧洲微电子工业中心。欧洲生产的每三块芯片中就有一块是在这里制造的。凭借罗伯特-博世半导体制造公司、英飞凌、GlobalFoundries、X-FAB 和 SAW Components，萨克森自由州（更确切地说，是其首府德累斯顿）已经拥有五家成熟的半导体工厂（即所谓的晶圆厂）。每个工厂的规模、设计和年限都各不相同。该地区的第六和第七个工厂目前正在建设中，包括耗资 100 亿欧元新建的 esmc（欧洲半导体制造公司）（由台积电、博世、英飞凌和恩智浦组成的联合体）和新的 Jenoptik 工厂。
工厂中的工厂--供应和处置是子工厂的核心主题
尽管存在差异，但所有半导体工厂都有一个共同点：那就是时大时小的机器、厂房和供应园区，它们在很大程度上被隐藏起来，使得在无尘室中实际生产微芯片成为可能--这就是所谓的子工厂。顾名思义，子工厂位于实际半导体生产线的下方。它为用于芯片生产的系统和机器提供所需的一切--从淡水和冷却水到化学品和电力。最后但同样重要的是，子实验室还负责处理半导体生产过程中产生的所有物质和材料--从废水、化学品到废气。虽然现在很多人可能对高度自动化微电子生产的无尘室并不陌生，但大多数人却从未听说过、读过或见过有关子实验室的任何内容。
底层厂房--数以千计的电缆和机器给规划带来了挑战
将分厂供应水平与实际生产水平有效地联系起来是一项规划杰作。全世界只有少数高薪专家能够做到这一点。这是因为，与生产层面不同的是，最多样化的介质、危险物质和资源都汇集在这里最小的空间内。在某些情况下，必须对 3 000 多台泵、2 000 套排气系统和数千台冷却器、供应和供电线路进行规划和最终定位，使它们不会相互影响甚至危害，同时还能为一层楼上的生产设备提供最佳供应。各种化学品、电力、废气、工艺水和超纯水、燃烧器和冷却器必须在短短几平方米的范围内进行最佳布置。过去，一旦克服了这一规划难题，工厂内部的重点通常就会转移到上面的高纯度生产区。这样，子工厂的大部分公用设施、机器和系统就能每周 7 天、每天 24 小时满负荷运转。仅服务和维修工作就能确保将中断和偶尔停机的情况降至最低。
环境要求与可持续发展目标相契合
在气候变化、环境社会治理（ESG）以及可持续发展和环境保护理念至高无上的时代，这种方法似乎已经过时了。人们越来越关注如何满足最高的环境要求，同时又能节约工厂和子工厂中的重要资源，如水、电力或化学品。
“根据工厂的年龄和结构，子工厂的机器和设备差异很大。必须协调不同制造商和不同年份的燃烧器、冷却器、泵和供应设备，以有效节约资源。 这对老工厂来说是个难题。因为这需要访问各种机器和设备的不同通信协议，或者需要协调生产要求和子工厂的相应要求。
德累斯顿软件初创公司algorismic的总经理斯蒂芬妮·哈默解释道。斯蒂芬妮·哈默和她的团队成功地应对了这一挑战。 该初创公司目前提供全球首款独立于制造商的开源软件，使半导体制造商能够灵活、节约资源地操作子工厂中的机器和设备，而无需进行技术改造和相关的停机时间。为此，该软件将生产数据与子工厂中的机器和设备数据进行比较，并根据需求调节后者。
ADG Automatisierung Dresden GmbH 的研发成果改变了游戏规则
algorismic 在全球提供的开源软件解决方案“Subfab 360 ATC”的基础是 ADG Automatisierung Dresden GmbH（德累斯顿自动化有限公司）——硅萨克森成员——为设备和机器开发的软件。几年前，ADG 将这款非常有趣的产品介绍给了 DAS Environmental Expert GmbH（DAS）——同样也是硅萨克森成员。 当时还是 DAS 员工的 Stefanie Hammer 是一位经验丰富的半导体和子工厂专家，她意识到了该解决方案的潜力——包括对 DAS 产品和解决方案以及 DAS 客户的设备和机器的潜力。Hammer 与 ADG 之间的初步谈判进展顺利。 最终，只有深入的功能测试和软件解决方案代码审查才能阻碍收购。硅萨克森的其他成员应在此为初创公司提供支持。斯蒂芬妮·哈默首先联系了当地一家经验丰富的软件公司 DevBoost GmbH，让其对拟收购的开源软件进行彻底审查。 DevBoost 团队专门从事软件制造商现有产品和开发流程的分析、评估和系统化开发，因此能够为这项任务提供合适的专业知识。
硅萨克森州企业支持初创企业算法在软件评估中的应用
"我们的任务是深入分析 ADG Automatisierung Dresden GmbH 的软件解决方案。这包括架构、软件代码以及系统功能的开发、测试和记录方式的质量标准。是否遵守了既定的软件开发标准？软件系统是否存在隐患，例如，是否需要进行重大投资以保证安全性或功能性？使用了哪些技术，未来的调整会有多复杂？"DevBoost GmbH 总经理 Tobias Nestler 博士概述了质量检查的内容。必要的调查结果通过问卷调查、代码审查和联合研讨会的形式进行了汇总和讨论。技术分析的结果很快就出来了，而且始终是正面的。Stefanie Hammer 如愿以偿地确认，她应该沿着自己选择的道路继续前进。只有最后一次软件解决方案的长期测试还需要在当地的一家子工厂进行。在这里，他们也很快在 Silicon Saxony 网络中找到了他们想要的东西。在德累斯顿生产基地开展业务的六家半导体公司中，有一家同意在实际条件下对解决方案进行测试。测试将于 2022 年开始，在两个工艺系统（蚀刻机和熔炉）上使用实验室设备进行，并在 2023 年底之前取得显著成果。
实地研究证实了该解决方案的能力，并揭示了巨大的节约潜力
燃烧气体、电力、压缩空气、碱液、冷却水和淡水——两台采用algorismic新软件解决方案并基于当前生产数据进行优化的机器，其能耗降低了高达68%。自2022年以来，这两台设备一直在持续运行测试中，且未出现任何问题。 由此，不仅运营成本得以降低，资源和能源效率也显著提高。此外，algorismic 的新软件解决方案还提供了关于子工厂及其各个组件能耗的宝贵信息。 现在，algorismic 也已成为 Silicon Saxony 的成员，并在 Silicon Saxony Day、SEMICON Taiwan 和慕尼黑 SEMICON Europa 等活动中向广大观众展示了其软件解决方案。
algorismic 扩展了自己的数据库，并集成了几乎所有 Sub-Fab 组件
迄今为止，Stefanie Hammer 已向全球所有大型半导体制造商展示了其“Subfab360 ATC”解决方案。该解决方案可灵活配置和集成，为各种规模和历史的半导体工厂提供了一种可持续且节约资源的替代方案，用于对其设备和机器进行现代化改造。 “我们已经扩大了团队规模，并增加了经验丰富的软件专家和项目管理人员。 在我们的网络合作伙伴 ADG Automatisierung Dresden、DAS Environmental Experts、DevBoost 以及大型半导体制造商的支持下，我们成功地提供了一款可靠、与制造商无关且高效能的软件，该软件可为任何半导体工厂带来显著的成本节约，并最终为半导体工厂这个以往的“盲点”带来了透明度。 凭借最少的投入和成本，我们可以将子工厂的所有组件纳入我们的解决方案，而且凭借我们不断增长的数据库，我们已经实现了这一点。从几十台到几千台机器和设备，现在，各种规模和各种年代的子工厂都可以更可持续、更节约资源地运行。
在硅萨克森这样的产业集群中，各种公司和专业领域之间的合作能够带来卓越的解决方案，这使得算法论成为一个杰出的范例。当初创企业、大中小型企业携手合作，微电子、软件、机械和设备工程领域相互支持时，创新成果就会在全球范围内产生积极的影响。高达 68% 的资源节约不仅使微电子技术更具成本效益，而且更加环保和可持续发展。这对于像半导体这样的行业来说是个好消息，因为该行业不仅将自己视为可持续发展领域的关键行业，而且还在不断努力使自己的生产更加节能和节约资源。德累斯顿再次发挥了其作为重要的微电子和创新中心的作用。我们意识到，很多事情都可以通过合作来实现。因为 "团队合作成就梦想"。
资料来源：Silicon Saxony e.V.