昨天 18:11
[导读]更先进的技术和更高的运营效率，是半导体行业一直在追求的两个目标。
如今，制程工艺迈入后摩尔时代，进展有限，而半导体制造业的工厂运营效率仍有极大的提高空间。尽管OHT（天车）等自动化技术已经广泛应用于晶圆厂，帮助其生产运营效率推向了新的高度，但由于OHT技术在灵活性等方面有着天然限制，较难实现更高层次的自动化、智能化。
在此背景下，以台积电、中芯国际为代表的晶圆代工龙头纷纷引进AMR（自主移动机器人），使其工厂自动化程度及运营效率更上一层楼。随着AMR单体硬件性能的不断优化，机器人软硬件融合程度的不断提升，或有望帮助晶圆厂逐步迈入全自动化和智能化时代。
AMR助力晶圆厂生产 图源 | 网络
Vol.1/ 起个大早 赶了晚集？
移动机器人并非什么新鲜事。
1953年，美国Basrrett电子公司便开发成功了世界第一台自主导航车（AGV，移动机器人的重要分支），它由一辆牵引式拖拉机改造而成。1954年，英国首次采用地下埋线的电磁感应引导技术，即AGV沿着早已规划好的固定轨道行驶。上世纪80年代之后，又逐步衍生出二维码导航、GPS导航、惯性导航、标签导航等导引技术。
磁轨AGV 图源 | 网络
按道理，能够在一定程度上节省人力成本、提高运营效率的AGV技术是工业和大规模制造业的良配。但在2010之前，移动机器人技术并未在晶圆厂、封测厂大范围普及。在提升自动化率的道路上，半导体行业选择了另一条技术路线——天车系统（空中走行式无人搬送车）。
移动机器人之前几乎被半导体行业弃用的原因在于，彼时的AGV主要依赖磁轨导航，地面物理空间受限较大，而且在运行平稳性、设备洁净度的要求方面也难满足晶圆厂们的要求。天车系统的速度和成熟度则远高于移动机器人为主的自动化解决方案，且前者对空间的利用率更加可观，能够有效利用有限的洁净室生产空间，提高生产设备的利用率，减少制品量，缩短周期时间。
于是，当2000年后，半导体行业开始跨越到12英寸晶圆制造时，OHT几乎垄断了半导体晶圆制造的全部AMHS系统（自动化物料搬运系统）。
Vol.2/ 从“替补”到新质生产力
随着时间的推移，先进制程进展趋缓，诸多大厂在成熟制程展开大战，稳定的产能和良率的追求倒逼着工厂不断探寻智能化升级之路。拥有完善的自动化生产体系，决定着是否能在未来芯片竞争中拔得头筹。
在此背景下，OHT也逐渐暴露出其固有缺陷。
OHT系统可以由几公里长的轨道、数百辆车组成，并为多达数千个工具装载口和缓冲区提供服务。受限于轨道铺设、单维运动等，OHT系统无法实现对厂区的100%覆盖。另外，OHT往往在晶圆厂设计之初即开始规划，部分已建成的晶圆厂更是难以导入OHT系列。而且，OHT系统颇为昂贵，12英寸及以上的尖端晶圆厂才能引入，少有8英寸晶圆厂应用OHT系统，反而运输主要由人工完成，或部分由传送系统完成。
因此，找到一个在自动化方面能为OHT系统做补充，兼顾运营效率同时有着高性价比的物流自动化方案，是诸多晶圆厂多年来的心愿。兜兜转转数十年，半导体行业的自动化解决方案终究还是落到了移动机器人头上。
2012年之后，AGV开始沿着更加自主化的方向发展，在其基础上发展出第二代产品，行业赋予了其新的概念——AMR（自主移动机器人）。
2015年前后，不同于此前的AGV，AMR使用激光导航技术进行定位，搭载内置传感器和摄像头，借助先进的软件，可以对周遭环境有着快速精确的识别。在软硬件的配合下，AMR无需固定轨道的辅助，可以在厂区内实现几乎无死角的移动，定位、移动的精准性、灵活性远非AGV可以比拟。最重要是的，选择AMR作为物流自动化解决方案，晶圆厂无需对厂区进行再改造，可实现几乎无缝对接，前期投入成本远远低于OHT。
可以说，若仅仅定位为OHT系统查漏补缺的自动化设备，第二代自主移动机器人非常合格，它们在指令之下，可以在特定环节完成特定的工作任务，但若将其看做是半导体制造工厂自动化和智能化升级的希望，第二代自主移动机器人还力有不逮，其功能和工作特性较为单一，而且往往是单兵作战，机器人之间没有太高频、复杂的交互，也就很难实现大规模的集群调度。
所以，AMR真正被半导体制造业再度重视，是从第三代机器人产品开始。
Vol.3/ 第三代AMR 半导体厂“完全自动化”的新选择
那么，第三代AMR相较第二代产品先进在哪？
答案是，第三代AMR从自动化向自感知、自适应、自决策的方向进化，且其最大的优势不再是局限于机器人单体性能，而是机器人群的组群调度，可以提供更柔性高效的综合效率。
AMR之所以会是这样的进化方向，在于下游需求的推动。
随着半导体制造工厂产线物流自动化需求日渐攀升，对单体自主移动机器人的数量需求也从十数台骤增至上百台。在此背景下，如何实现机器人集群的组间调度，最大程度提升物流运输效率，成为众多自动化解决方案商需要思考的问题。
也正是第三代AMR在协同、自主决策方面展现的能力，让晶圆厂们看到了前者将在半导体制造业引发的革命性变化，便将其作为工厂智能化、自动化升级的希望。
因此，当AGV、磁导AGV在国内市场总销量占比下降的同时，AMR依然保持着增长。据GGII数据，2023年国内市场AMR销量或将达到2.4万台，增速达到34%左右，预计到2027年，销量有望超过12.5万台，国内市场规模有望超过145亿元，2023-2027年年复合增速将超40%。
Vol.4/ 第四代AMR将如何进化？
当前，第三代AMR正在半导体制造业快速普及，但这并不意味着其自动化升级已至终点，这仍只是阶段性的最优解，一如2010年之前的OHT系统那般。
随着AMR在半导体行业应用的集群化、规模化、普遍化，移动机器人自动化物流的核心技术研究方向已经从机器人自身的功能性、适用性转变为从整厂Fully Auto出发的综合物流效率优化。对于AMR方案来说，一方面需要在机器人领域深厚的研发功力做到机械效率最优，另一方面更需要深度的行业头部厂商协作探索综合效率最优的融合方案，瞄准整厂产能、良率、库存效率指标定义物流解决方案。
总而言之，即晶圆厂等需要下一代AMR在智能化方面有更多亮眼表现，以此来推动自身物流运转效率的提升。若以汽车的自动驾驶为参考，当前第三代AMR所展现出的智能化水平，近似于L1级别的车道保持辅助、自适应巡航等功能，而第四代AMR所能得到的智能化水平则相当于L2级别自动驾驶，支持高速或快速路的领航辅助驾驶。
智驾从L1至L2的升级，一方面有赖于汽车智驾硬件的升级，一方面则有赖于适配智驾软件的迭代。而第四代AMR的发展之路，也非常近似。以优艾智合为代表的国内头部AMR方案商，也制定了软硬件同步迭代的路线，推动下一代产品的发展。
硬件层面，逐步向“极限单品”演进，将拥有三个特征，首先是多维精度控制融合，0定位耗时，机器人运行表现将彻底摒弃“定位”的环节，具备0延时条件下的亚毫米级操作精度。其次是整机自由度融合控制，SWAP时间低于15秒，移动操作机器人具备N个自由度融合控制和互相补偿的能力，以柔顺、连贯、协调的整体运动将单次SWAP时间压缩至15秒以内。最后则是多模感知，意图识别，运动效率提升超50%，移动机器人本体上、环境中的多种模态感知信号完全融合，通过AI运算大大提升机器人系统的感知能力增强整体系统的安全性，机器人运行速度限制高于2m/s，整体运动效率提升超50%。
通过软硬件的协同，第四代AMR可通过摄像头和激光雷达代替人眼，通过深度学习神经网络进行环境感知，可实现VSLAM三位地图构建、360°避障、自主规划路线，整个解决方案不仅实现了强大的单机可用能力，还具备复 杂的多智能体集群调度能力。相较于第三代AMR，其将具备三个大特征，第一，实时动态决策，调度效率提升超100%；第二，AMR即Buffer，在制库存效率提升超80%；第三，机器人稼动率趋于100%。
Vol.5/ 写在最后
世界最大的不变即一直在变。
一度被半导体行业弃用的移动机器人，如今被众多晶圆厂重新拾起。而谁又能想到，在AGV领域，中国的发展曾落后世界几十年，但在其衍生的AMR领域却能站在全球前列。
在未来，作为智能化重要载体的AMR将在半导体制造业中扮演更加重要的角色，其将深深融入行业的肢体、血肉、筋骨当中，为半导体制造的新篇章拉开序幕。而在这个过程当中，以优艾智合为代表的本土AMR方案商将大有作为，其在实现自我价值的同时也将赋能本土半导体产业链走向更加明媚的明天。
