解密半导体制造的「智慧大脑」—CIM系统

摘要： CIM系统（计算机集成制造系统，Computer Integrated Manufacturing）运用于半导体、光伏、新能源汽车等多个行业，是先进制造工厂里的一系列自动化信息管理...

CIM系统（计算机集成制造系统，Computer Integrated Manufacturing）运用于半导体、光伏、新能源汽车等多个行业，是先进制造工厂里的一系列自动化信息管理系统的总和。半导体领域的CIM系统涵盖了从设备监控、生产调度到工艺控制和产品追溯等多个关键环节，赋能整个芯片制造周期。

本文将分享云岫资本对先进制造行业CIM系统的深度研究，尤其是半导体领域的国内外行业趋势，以及中国市场的并购整合机会。

中国CIM系统市场快速发展

外资垄断格局有望被打破

1. 全球制造执行系统市场超百亿美金，中国市场高速增长

CIM（计算机集成制造系统，Computer Integrated Manufacturing）由MES（制造执行系统）、EAP（装备控制平台）、SPC（统计过程控制）、YMS（良率分析控制系统）、APC（先进过程控制）、FDC（故障侦测及分类）、RCM（远程控制管理系统）等数十种系统组成，是先进制造工厂里自动化信息管理的一系列软件工具产品的总和。（*具体介绍详见后篇《CIM系统产品介绍》）

以CIM系统中最核心的子系统MES（制造执行系统）为例：

据GMI数据显示，2023年全球制造执行系统（包含软件和服务）市场规模为135亿美元，预计2024年~2032年CAGR为9.5%，2032年市场规模将超过300亿美元。

亚太地区是MES系统最重要的市场之一，有百亿级的潜在市场规模。根据IDC相关报告的数据，2022年中国制造执行系统（包含软件和服务）整体市场规模达到了125.4亿元人民币。其中软件市场规模达46.2亿元人民币，年增长率为21.1%，保持平稳快速增长。

2. 半导体产业腾飞、传统制造业升级、产业出海等多重因素促进中国CIM系统市场增长

得益于工业4.0自动化改造，全球智能制造解决方案将持续飞速发展。全球工业4.0的倡议强调将先进技术，如物联网（IoT）、人工智能（AI）等与制造过程整合。同时工业升级使得工业设备交互趋于复杂化，并产生了大量需实时收集、分析和决策的数据。一方面，CIM系统具备灵活的架构部署，可以与先进技术无缝结合为制造商增强过程控制。另一方面，CIM系统可以进行实时数据管理，提供高效的可视化数据分析管理，方便制造商及时发现问题、迅速决策，提高产品质量。

亚太地区为CIM系统市场增长最快的市场之一，主要得益于以下三个因素：

①半导体等高端制造业的快速增长

亚太地区是世界上增长最快的经济体的所在地，包括中国、印度和东南亚国家，这些国家正在经历快速的工业化和制造业增长。制裁背景下中国半导体产业持续扩产，2024年中国新增的半导体产能将超过其他国家的总和，同比增长超13%。根据SEMI(国际半导体产业协会)数据显示，2023年中国半导体行业成为*的全球半导体设备消费国，其投入金额超过360亿美元。

②传统制造业的数字化升级

近年来全球制造业竞争加剧，中国传统制造业需要加快数字化升级，以提升国际竞争力。中国政府高度重视制造业的数字化转型，出台了一系列政策和行动方案，如国务院2024年5月11日发布的《制造业数字化转型行动方案》。多个传统制造业已经完成了数字化升级，形成了标杆效应。如浙江纺织服装产业，桐昆集团基于“桐昆大脑”打造的聚酯纤维未来工厂，自动化程度高达95%，成功入选工信部智能制造示范工厂。

③中国企业出海

技术及供应链优势加速中国企业出海，分散风险并寻找新的增长点。2024年1-7月，我国全行业对外直接投资6,972.9亿元人民币，同比增长16.4%。随着国内高端制造领域的技术及规模提升，全球化布局成为新的扩张战略。部分客户希望供应商在中国以外设置生产基地，以更好地服务海外市场和降低运输成本。并且在东南亚国家等地投资建厂，可以获得劳动力成本优势和税收优势。例如，PCB全球龙头鹏鼎控股拟在泰国等东南亚地区投资建厂，泰国园区一期计划投资2.5亿美金，预计2025年下半年启动认证打样。

3. CIM系统应用于半导体、光伏等多个大型先进制造领域

CIM系统主要下游应用领域包括半导体、光伏、新能源汽车等大型的先进制造领域。半导体领域生产制造工艺繁琐、设备自动化程度高，为CIM系统重要下游应用市场之一。晶圆要在上百道工艺设备上流转，而制造可靠性、成品良率、设备效率会大幅影响晶圆制造成本，依赖适配行业及产线特征的CIM系统进行自动化统筹管理。

CIM系统正逐渐渗透至半导体领域各类生产企业，除了传统的晶圆和面板制造领域，当前各家高端的封装企业也在积极布局CIM系统。

半导体CIM系统壁垒极高。一是企业是否掌握半导体制造核心环节Know-how，二是晶圆生产及制造过程误差容忍度低、软件可靠性要求高。

4. 美资巨头垄断格局有望被打破，国内小玩家众多、内卷严重，行业亟待整合

① 整体：制造业MES系统市场由国际厂商垄断

全球制造业MES软件主流供应商为Siemens、Honeywell、GE、Rockwell等。根据IDC统计，2022年中国MES软件市场由西门子占据超六成，宝信软件、SAP、黑湖科技、新核云等厂商占比约5%。

② 半导体CIM/MES市场垄断格局有望被打破，中国创业公司众多，亟待兼并整合

半导体CIM/MES市场由国外头部玩家垄断，美国应用材料、IBM两家公司占全球80%以上的市场份额。早期半导体领域CIM玩家较为丰富，主要有Consilium、Promis、Fastech等，但后来都相继直接或间接地被应用材料收购。IBM则根据自身在晶圆厂建设中的经验积累、收购的软件团队，推出了SiView系统，全球12英寸晶圆厂的MES几乎被这两大巨头垄断。

目前半导体领域CIM系统垄断格局正逐渐被打破，高昂的软件成本和上游的捆绑销售使得头部晶圆/封装厂寻求服务更优质、更低成本的替代方案。

近几年我国CIM系统自主研发也正逐步追赶，涌现诸多创业公司。随着资本介入，中国半导体CIM系统行业的内卷加剧，激烈的价格战压缩了整个行业利润空间，企业多处于亏损状态，行业正逐步走向并购出清的整合阶段。

图：资本市场环境将重塑行业格局，市场集中度将提高

海外龙头曾通过外延并购实现垄断

国内市场亟待整合以孕育新巨头

CIM系统需满足企业所处行业的特殊需求，不存在一套通用的产品可以满足各行各业的所有需求。甚至同为半导体领域，由于工艺流程的不同，不同客户的CIM系统也无法兼容。因此该行业常常通过收购完成业务扩张，巩固行业龙头地位。

1. 复盘外资巨头并购拓张之路

① 应用材料Applied Materials

应用材料是全球*的半导体设备和服务供应商，创建于1967年。硬件起家的应用材料通过大量收购CIM系统头部企业，并实行“软件+硬件”捆绑销售形式，完成了行业垄断。

1998年：应用材料收购当时行业*大CIM系统供应商Consilium，核心产品为FAB300、WorkStream，其中WorkStream产品是半导体行业最早的MES系统。

2007年：应用材料又完成了对Brooks Automation旗下的Brooks Software部门的收购，其核心产品为PROMIS、FactoryWorks。其中PROMIS曾是半导体行业第二大CIM产品，1999年PROMIS被美国的自动化系统公司PRI Automation收购，PRI Automation后于2001年被Brooks Automation收购。而另一核心产品FactoryWorks曾是全球第三大半导体CIM产品，于1998年被Brooks收购。

至此，应用材料将全球最主要的CIM产品FAB300, Workstream，PROMIS 和FACTORYWorks纳入旗下。这四款产品应用领域不一，如PROMIS主要用于八英寸产线，而FACTORYWorks主要应用在后道，最终组成了应用材料在半导体CIM产品的垄断布局。

图: 国际巨头应用材料通过并购实现外延式高速成长

② IBM

1995年，IBM以35亿美元收购了莲花（Lotus）软件公司，将其过往独立的软件解决方案部门合并组成了软件团队。同年，IBM推出了POSEIDEN系统，后于1999年基于POSEIDEN系统发布了SiView系统。SiView系统可实现全自动化的单晶圆控制，首先将用于IBM的12英寸产线。此后，中国台湾地区掀起了12寸建厂潮，SiView系统逐步被台积电等厂商广泛采用。

③ 西门子

自2000年起通过并购切入工业软件领域，西门子已成为全球*的工业软件供应商之一。现工业软件已是西门子最核心的利润支柱，2023年贡献利润43%。西门子至今在工业软件领域已有40多起主要的并购，累计投资金额高达140亿欧元，完成了CAD、EDA、CAE、PLM、MES/MOM等品类的全覆盖。

在完善品类方面，2001年西门子完成了对3家不同下游领域MES公司的收购，2007年西门子35亿美元收购了美国UGS进入3D CAD领域，2013年6.8亿欧元收购LMS进入CAE领域，2017年约45亿美元收购Mentor Graphics进入EDA领域。在拓宽行业方面，西门子通过收购获得不同下游应用市场的know-how和客户资源。例如，西门子通过收购Compex、Berwanger、Elan等MES厂家，进入食品、石油化工和生物制药行业。

2. 并购拓张正成为中国CIM玩家抢占市场的新机遇

经历了几年前的资本市场繁荣、行业竞争加剧，如今资本市场环境转冷，对企业自我造血能力要求提高，头部公司频频通过并购整合拓展产品线与下游市场，以带动收入与利润持续增长。

示例：TCL

2024年3月20日TCL格创东智完成对耘德有限公司、江苏睿新库智能科技有限公司的战略收购签约，正式启动格创东智AMHS（自动物料搬运系统）业务。

图: 国内市场并购案例

我们相信，随着真正具备研发实力与客户服务优势的公司强强联合，我国半导体CIM行业格局将得到重塑，有望孕育新一代的行业巨头。