Ứng dụng Comprehensive Digital Twin trong sản xuất bán dẫn
Ngành công nghiệp vi mạch bán dẫn đang trên đà chạm tới cột mốc giá trị 1 nghìn tỷ USD vào năm 2030. Mặc dù nhu cầu từ thị trường đang tăng trưởng mạnh mẽ, nhiều nhà sản xuất chip vẫn phải đối mặt với những thách thức không nhỏ.
Rào cản lớn nhất nằm ở chi phí xây dựng các nhà máy chế tạo (fab) và chi phí R&D thiết kế vi mạch vô cùng đắt đỏ. Tính đến hiện tại, để dựng lên một nhà máy fab tiêu chuẩn, doanh nghiệp phải tiêu tốn khoản đầu tư lên tới khoảng 19 tỷ USD, trong khi công đoạn thiết kế cho một dòng chip đơn lẻ cũng ngốn trung bình khoảng 1 tỷ USD.
Bên cạnh đó, thị trường công nghệ toàn cầu chứng kiến xu hướng dịch chuyển sâu sắc khi ngày càng nhiều phần cứng phụ thuộc vào lớp mã nguồn phần mềm. Điều này đưa các dòng sản phẩm định nghĩa bằng phần mềm (Software Defined Products – SDP) lên thành trọng tâm trong công nghiệp bán dẫn.
Bài toán đặt ra cho các kỹ sư và nhà quản lý là phải thiết lập được những môi trường chế tạo linh kiện tùy biến dành riêng cho SDP sao cho vẫn đảm bảo tính hiệu quả kinh tế tối ưu. Để đối phó trực diện với xu hướng leo thang của chi phí sản xuất, các doanh nghiệp bán dẫn không thể chần chừ mà cần nhanh chóng đẩy mạnh chiến lược số hóa, khai thác triệt để mô hình số hóa toàn diện (comprehensive Digital Twin – cDT) từ khâu phác thảo thiết kế cho tới khi xuất xưởng vật lý.
Tận dụng không gian ảo
Bản chất của mô hình comprehensive Digital Twin (cDT) là công cụ giải quyết bài toán về việc kết nối các phòng ban kỹ thuật và chuỗi quy trình. Đây là điều kiện tiên quyết để kiến tạo thành công các thế hệ chất bán dẫn thông minh trong tương lai.
Nhờ khả năng tích hợp đồng bộ các yếu tố cơ khí, điện tử, phần mềm chuyên dụng và hạ tầng sản xuất, cDT tạo ra một không gian chung giúp tất cả các bên liên quan giao lưu, tương tác sớm và liên tục, nắm bắt đầy đủ bản chất của các sản phẩm lẫn quy trình thông minh hiện đại.
Cụ thể, comprehensive Digital Twin đóng vai trò là cầu nối giữa thực tế và thế giới số thông qua việc thiết lập một hệ sinh thái mô hình kỹ thuật số nhất quán. Các mô hình này đại diện cho từng khía cạnh của thiết kế và có thể tái sử dụng xuyên suốt vòng đời sản phẩm, tiến trình sản xuất lẫn chuỗi cung ứng.
Giờ đây, các tập đoàn có thể thực thi phần lớn khối lượng công việc trên môi trường ảo trước khi đưa ra quyết định đầu tư đắt đỏ hay chính thức khởi công một nhà máy fab vật lý. Giá trị mang lại là chất lượng thành phẩm được đẩy lên mức cao nhất, trong khi các mục tiêu về ngân sách, tiến độ và tính phát triển bền vững đều được kiểm soát hoàn hảo.
Trong giai đoạn thiết kế, việc “shift-left” cung cấp một môi trường ảo dựa trên vật lý, nơi các nhóm kỹ thuật có thể tương tác để tạo, mô phỏng và cải thiện thiết kế sản phẩm. Các vòng lặp thiết kế trong không gian ảo diễn ra nhanh chóng và tiêu tốn ít tài nguyên ngoài trí tuệ của kỹ sư, cho phép họ khám phá một không gian thiết kế rộng hơn.
Trong sản xuất, comprehensive Digital Twin giúp các công ty đánh giá và tối ưu hóa dây chuyền sản xuất, vận hành máy móc và kiểm tra toàn bộ nhà máy hoặc mạng lưới nhà máy một cách ảo hóa để cải thiện tốc độ sản xuất, hiệu suất và tính bền vững. Nó cũng có khả năng phân tích dữ liệu thực tế từ fab và sử dụng dữ liệu đó cho các phân tích dựa trên AI.
Lợi ích của mô hình comprehensive Digital Twin trong ngành bán dẫn
Comprehensive Digital Twin giúp doanh nghiệp quản lý sự phức tạp của việc tích hợp các nhóm phần mềm và phần cứng, cũng như các yêu cầu về cơ khí và sản xuất, đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành. Các lợi ích bao gồm:
- Đẩy nhanh quá trình ra mắt sản phẩm mới: Ảo hóa giai đoạn thiết kế giúp tăng tốc độ tạo nguyên mẫu, điều này trở nên đặc biệt quan trọng khi ngành công nghiệp đang hướng tới công nghệ đóng gói tiên tiến trong xu hướng “More than Moore.”
- Tăng tốc độ đạt năng suất cao hơn: Mô phỏng quy trình sản xuất giúp cải thiện chất lượng vi mạch (IC), cho phép công nhân thực hiện các điều chỉnh một cách linh hoạt ngay tại xưởng để nhanh chóng đạt được sản lượng cao hơn, mang lại lợi nhuận lớn hơn.
- Truy xuất nguồn gốc và giảm lỗi về 0: Giờ đây, các nhà sản xuất có thể cập nhật mô hình số hóa của cả sản phẩm và quy trình sản xuất song song với các đối tượng thực tế, giúp chẩn đoán vấn đề và phát hiện các bất thường trước khi chúng xảy ra, hướng tới mục tiêu không có lỗi sản xuất.
- Lập kế hoạch và điều phối linh hoạt: comprehensive Digital Twin cung cấp sự so sánh thích ứng giữa thế giới vật lý và kỹ thuật số, giúp phát hiện các gián đoạn trong hệ thống và kích hoạt quá trình điều chỉnh lịch trình một cách kịp thời.
Đơn giản hóa để đạt được hiệu quả cao hơn
Việc tạo ra các sản phẩm bán dẫn thế hệ tiếp theo rất tốn kém. Tuy nhiên, các nhà sản xuất chip vẫn cần tiếp tục phát triển và chế tạo những thiết kế mới đòi hỏi công nghệ sản xuất ngày càng tiên tiến để có thể tạo ra các sản phẩm bán dẫn được định nghĩa bằng phần mềm cho các sản phẩm SDP trong tương lai.
Để thích ứng với bối cảnh đang thay đổi nhanh chóng, các doanh nghiệp trong ngành bán dẫn cần tận dụng mô hình số hóa toàn diện. cDT giúp ảo hóa toàn bộ quy trình thiết kế bán dẫn cho sản phẩm SDP, cho phép doanh nghiệp mô phỏng tất cả các giai đoạn từ ý tưởng thiết kế ban đầu đến quy trình sản xuất và tích hợp sản phẩm cuối cùng. Điều này giúp giảm đáng kể chu kỳ phát triển và cải thiện kết quả đầu ra.
Việc tích hợp quy trình và khai thác tối đa dữ liệu sẽ đảm bảo ngành công nghiệp bán dẫn đạt được cột mốc 1 nghìn tỷ USD vào năm 2030
(Nguồn: Siemens)
Tham khảo thêm:
Liên hệ với VBTECH để được tư vấn từ đội ngũ chuyên gia trong ngành
