芯耀
与非AI
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中国电子工程设计院股份有限公司（简称“中国电子院”）成立于1953年，公司曾先后隶属于电子工业部、信息产业部等国家部委，2009年并入国家开发投资集团有限公司。中国电子工程设计院拥有工程设计综合甲级资质及三十余项国家顶级资质，是中国电子信息产业发展的重要支撑企业。公司业务涵盖电子信息产业和智慧城市建设等领域，提供咨询、规划、设计、监理、工程总承包、运维、数字化技术服务等全生命周期工程服务。
编者按
一座半导体工厂的投资动辄数百亿，容错率极低。从规划设计到量产运营，涉及数十个专业子系统、数千个工艺节点的协同。在中国半导体产业快速扩张的十几年里，谁来保证这些工厂“建得对、跑得顺”？一支隐身幕后的设计力量，服务了国内半数以上的晶圆厂，也亲历了我国电子制造业从平板显示到半导体的完整周期。
如今，AI正在渗透制造业。工厂的数字化设计、工艺仿真、智能运维，成为新的产业命题。一家73年历史的国家级设计院，会如何回应这些命题？本期《芯片揭秘》对话中国电子工程设计院工艺数智研究院院长程星华，带你从产业演进的视角，揭秘半导体工厂规划方法论的最新变化。
73年“国家队”的使命：从设计院到产业赋能者
幻实：我们《芯片揭秘》已上线有8年时间。在此期间，女性受访者占比相对较低，所以今天能邀请到程院，我觉得特别开心。
我跟程院也是老朋友了，一直想请教一个问题：您一毕业就加入中国电子院这个国家队，逐步从技术骨干成长为研究院院长，亲历了中国半导体产业从追赶到并跑的发展。在您看来，中国电子院这家拥有70余年历史、深度参与了中国半导体产业重大项目的“国家队”，在中国电子信息产业中扮演着怎样的角色？
程星华：大家对产业界的许多企业耳熟能详，但对中国电子院可能并不是特别熟悉。我是2007年毕业后进入中国电子院的，应该说比较幸运——我本身的专业跟信息功能材料相关，在校期间主要研究薄膜工艺和微纳材料。入职中国电子院后，又赶上平板显示产业进入快速发展周期的时代背景。
许多人认为中国电子院就是一个面向电子工程领域的一家“国家队”，主要从事工程设计和工程交付。但其实中国电子院的角色远不止于此。中国电子院于1953年成立，可以说是国家布局发展电子工业之后应运而生的专业机构。
幻实：你们是一家伴随着共和国成长起来的公司。
程星华：是的。要发展电子工业，就必须要有专业的设计院提供技术支撑。中国电子院成立至今已有73年，全程见证并参与了中国电子制造业从无到有、蓬勃发展的历程。我也有幸经历了其中一段。近20年来，中国电子院先后服务了国内90%以上的平板显示产业的产线建设，同时也承担了国内50%以上的半导体产线的设计和建设工作，客户包括中芯国际、长江存储、长鑫存储、粤芯半导体、英诺赛科等知名企业，一路伴随其成长。在此过程中，我们积累了深厚的技术基础，并持续推进科技创新。
我们的使命是助力电子制造业在规划设计初期，就要把产业做好、把项目做好。因此，我们不仅是工程的设计者、建设者或见证者，更应该被称为产业赋能者，肩负着推动产业发展的责任。
在平板显示领域，我们助力国内以京东方、华星光电、维信诺为代表的企业成长为全球第一；
在半导体领域，我们也将继续发挥产业赋能作用，帮助中国企业走向国际竞争舞台，助力他们发展。
幻实：中国电子院的格局与定位是非常高的。
程星华：这确实是我们肩负的使命。
幻实：虽然你们的名称是中国电子工程设计院，但你们实际思考的问题并不止设计本身。
一套确保成功的半导体工厂设计方法论
幻实：作为一家老牌的“国家队”，中国电子院主导或参与了长江存储、中芯国际、粤芯、英诺赛科等众多标杆项目。一个芯片工厂投资动辄数百亿，容错率极低。但是在芯片工厂的规划设计阶段，很多条件都还不确定，电子院如何在项目前期就规划设计出更合理、更经济，具备国际竞争力的半导体工厂呢？你们有没有一套确保成功的“方法论”或技术体系？
程星华：确实如您所言，以半导体和显示为代表的高科技电子制造，是一个非常复杂的系统工程。设计者必须懂产品、懂工艺、懂制造、懂工程运行的要求，才能将产线和工厂设计好。中国电子院在过往70余年积累了大量的工程技术实践，包括大量的数据库和产业的核心技术。
大众较为熟知的是，中国电子院拥有国际领先的洁净控制技术、微振动控制技术，以及半导体工厂运行所需要的水电气化厂务保障体系。
除此以外，特别是进入“十四五”之后，中国电子院又有一些新的技术创新。其中重点是将半导体工厂当作一个复杂系统，并提出了PSIM（Plant Simulation Information Modeling，工厂仿真信息模型）数字孪生解决方案。首次对半导体工厂用3899分级法，即29个子系统的方式进行解构。
幻实：3899这个代号要怎么来拆解它？
程星华：我们把电子工厂划分成四个大系统：生产制造系统、工艺支持系统、环境保障系统以及建筑支撑等一般系统。
幻实：也就是把整个工厂分成了不同的模块。
程星华：是的，拆分的目的是为了揭示其复杂性——每一个子系统的优化和设计，都会影响到整条产线及工厂的效能和效率。这是第一步。
第二步，我们也提出了一项原创性技术：以生产工艺要求为核心，运用数字化仿真和数字化的正向设计，构建产线和工厂的数字孪生体。其目的在于，在产线规划设计之初，便可以通过虚拟仿真以及对复杂工况的验证，使产线和工厂达到最优状态。这样一来，能够在客户投资之初，就预见到产线未来运行中的复杂变化，从而帮客户节省投资、降低成本、加快交付周期，并提高生产效率。
幻实：生产工艺环节那么多，确实很复杂。但是我没想到，中国电子院很早就开始用数字孪生的方法进行设计了。应该说，在半导体以外常规领域，如商业楼、商业综合体，数字孪生应用尚不普遍。在工程领域，中国电子院反而更早进行了开拓。
程星华：是的，中国电子院是在2021年提出这一方向的。后来我们发现，这与国际上的一些主流思路也不谋而合。美国在2023年提出《芯片法案》（CHIPS）的时候，也提到要用数字孪生加快产品设计、研发和制造进程。此外，像三星以及其他韩国企业，也都在用数字孪生仿真以及AI的技术赋能工厂的规划。
产业化“最后一公里”：跨越“死亡之谷”
幻实：我看到中国电子院提出了产业化“最后一公里"（Turnkey）概念，覆盖从实验室到中试线、再到首条量产线及大规模量产的全过程。这听起来似乎不像是设计院的传统业务范畴，而更像是一个产业孵化平台。我们应如何理解这“最后一公里”？中国电子院要实现这一目标，可能会在哪些环节带来行业层面的改变？请程院为我们拆解一下。
程星华：在电子院过往70余年的产业服务历程中，我们亲历了许多企业的发展与壮大，也目睹了不少企业因前期规划问题或生产运行中的竞争力问题，未能扛过产业周期，留下了诸多遗憾。因此，我们一直认为，真正要帮助一个企业、一个产业走向成功，不能仅从工程设计开始，更应该在实验室工艺开发和样品开发完成之后、向产业化落地推进的过程中提前介入。
幻实：那确实是很早的。
程星华：对，当前的核心课题是要解决科技创新向产业创新的转化问题。习总书记近期也多次强调科技创新与产业创新的深度融合。那么，如何让那些已经走完了实验室阶段研究、完成了从0到1乃至从1到10突破的科学家团队，真正迈向产业化？产业化遵循的是另一套逻辑——必须实现成本最优、效率最优，同时良率和可靠性最优，才能真正转化为有市场竞争力的商品。因此，在从样品到产品、再到商品的过程中，如何帮客户跨过这个“死亡之谷”走向成功？
中国电子院提出了产业化“最后一公里”这一概念，正是希望帮客户完成从实验室到产业化阶段的跨越。通过中国电子院在工艺组线方面的核心能力，以及覆盖工艺、制造、装备、运行等全维度的技术实力和产业资源，我们可以为客户提供市场研判、竞争策略分析、技术路线选择、工艺组线规划、设备选型与定型、整体交付，以及后续的工程保障和产线运行支持。这是一条完整的综合能力链条，也是中国电子院近年来在着力打造的方向。
幻实：听起来难度确实挺高的。因为要串联的流程和工艺路径非常长，而且要介入到具体技术层面——这已经不是框架层面的问题，而是要从技术深入到产线内部去解决，挑战还是比较大的。
程星华：对的。幻实你作为产业界资深人士，接触过非常多的企业，深知半导体行业的特点：细分领域多，产品品类极其丰富。这就要求中国电子院的工艺团队要能够熟悉每一个品类。当然，目前中国电子院拥有整建制的工艺团队，涵盖了从工艺、装备、自动化、信息化，再到厂务的全链条，以赋能产业发展。同时，我们还结合了前面提到的数字化技术。目前，中国电子院已经有许多客户采用这种新模式完成了项目交付。
幻实：也就是说，你们已经有了一些交付的样板案例。
程星华：对的。特别是在化合物半导体领域，一些客户在做产业化转化时，我们已经积累了一些实际案例。
幻实：为他们带来的成本节省效果明显吗？
程星华：应该说效果比较明显。通过“最后一公里”模式，再加上数字化能力，我们可以实现投资成本效率提升约5%～10%。
幻实：十亿元的投资规模，在化合物半导体领域已经算比较小的产线了。5%到10%的优化比例，对应的就是相当可观的金额。这绝对是投资人和创业者最乐于听到的结果——既实现了最高效率，同时又降低了成本。
AI时代与未来工厂：AI原生工厂构想
幻实：当前产业正在经历剧变。Chiplet与先进封装催生了新的产线形态，AI数据中心对能耗与散热也提出了极致挑战。这对以“造厂”为核心能力的中国电子院而言，意味着什么？是带来了全新的、更复杂的业务需求，还是在颠覆传统的工厂建设范式？未来的电子工厂又将走向哪种场景？请程院为我们畅想一下。
程星华：确实。我认为AI时代到来之后，许多技术模式、生态模式和产业模式都发生了颠覆性的变化。AI的到来，除了加速产业技术迭代与创新发展，也对我们的产线和工厂规划提出了全新挑战。对此，我们希望通过以下几个方面来适应乃至引领这些变化。
第一，我们希望以AI的终端需求和生态变化为导向，从末端的应用及末端系统出发，反向来倒推产业链的整体需求。以AI计算中心为例，若要将一个AI计算中心的算力和存力效率发挥到最佳，上游的芯片设计、芯片制造、先进封装工艺以及架构设计等环节，都需要拉通产业链整体来统筹考量。只有在每个环节中做到最优，才能实现效率、能耗和投资的最优配置，从而真正把面向AI的价值发挥出来。
第二，目前我们也在思考“AI原生工厂”的构架。我们认为，未来的工厂不应仅仅是一种环境，一种保障或一套设施，而应从一开始就结合AI的使能。从工厂规划第一天起，就应将其运行所需的底座、基础数据平台以及AI Agent等基础能力植入工厂的规划中，而不是滞后或逆向地追加。也就是说，在初始阶段就要把这些要素考虑进去。因此，我们正在探索通过数字孪生工厂来打造AI原生工厂，并以此颠覆我们自身的规划路径和规划技术。
幻实：所以，这是要自己革自己的命。
程星华：当然，目前我们也在投入相关研发，同时也需要跟我们行业里先进优秀的企业开展合作。
幻实：我本来想问，为了顺应您所说的未来趋势，中国电子院储备了什么样的“秘密武器”？在技术储备方面，目前重点关注什么方向？也可以向我们揭秘一下。
程星华：确实如您所言，从我们的董事长到院领导，都一直在关注AI技术的发展。中国电子院拥有专门的AI团队和自主开发产品，目前已在部分半导体产业中实现应用。因此，除了我们的工艺团队和产业化团队之外，AI团队也在建设之中，未来在AI背景下，我们所有的技术手段都是为了服务精益生产、精益制造和产品质量。我们将把这些手段融合在一起，通过产业创新和合作，发挥应有的作用。
幻实：所以大家都在讨论AI如何应用起来。目前我感觉到，AI最难应用的地方恰恰是制造业，是在制造工厂里。像平时写文件、提升效率、做日程管理，我觉得这些场景AI大家都能用起来，但制造业如何应用，确实是一个比较大的命题。
我也跟行业内非常多的晶圆厂探讨过，他们也在思考如何拥抱AI，包括台积电——虽然他们生产AI芯片，但是内部对AI的拥抱度还不是特别高。所以今天跟程院交流，我觉得你们打开了一种新的思路，即在设计环节就已经开始用AI这个工具来实现跨越。那么，你们目前有没有一些具体案例能给我们拆解一下？
程星华：目前，在半导体上游产业，即单晶衬底制造这一领域，我们有一个AI拉单晶的产品。在拉单晶过程中，通过图形图像识别、AI技术以及数据分析，实现在线监测，判断工艺参数对良率的影响，并反向指导工艺配方的调整。
幻实：也就是说，监控晶圆生长的状态和成熟度。
幻实：我今天还是比较感慨的，也觉得很自豪——这家伴随共和国成长起来的第一代公司，在每个环节都在不断进步，没有因为自身规模而停止探索新的方向。在AI这一前沿赛道上，你们还非常努力地去拥抱。最重要的是，我觉得不能简单地将中国电子院定义为一个设计院所，因为你们所做的许多事情已经超越了传统设计院的范畴。我相信，今天听了我们栏目的朋友们应该也会有这样的感受——程院长，你们做了许多新方式的探索。
程星华：首先，感谢《芯片揭秘》这样的节目。在此，我也希望借助幻实您的平台，呼吁产业界的伙伴和客户朋友们，能够更多地了解我们中国电子院。同时，在我们产业化“最后一公里”、数字孪生及AI赋能技术的支持下，能够积极拥抱这种新的模式，共同为产业价值、技术价值以及整体生态氛围提供支持。
幻实：欢迎大家持续关注中国电子院的进展。如果说您想链接到我们程院、链接到中国电子院，《芯片揭秘》也愿意提供这样的机会，我们可以安排绿色通道。
程星华：非常感谢。
幻实：谢谢程院。期待您下次带来更多的AI应用案例，再给我们分享。我相信大家应该都非常期待听到这方面的实践声音。
程星华：如果有任何进展，我们第一时间来幻实这里交流。
幻实：好的，谢谢程院。
采访 | 幻实 编辑 | 小茄 审核 | 幻实
