精益创新： Copy Exactly 案例
（基于某大的硕士作业）
精益创新
“创新和可持续性发展”课程介绍了一个组合概念： 精益创新。精益是关于消除浪费、提高速度；创新是通过解决问题、创造价值。“精益”英文原文是lean，包含了“简洁简单”的意思。笔者想举一个半导体行业貌似简单的创新例子，说明小的精益创新一样能带来改变整个行业竞争格局的影响。
2014年中国政府出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》，成立了千亿元规模的国家集成电路产业投资基金，半导体被提升到国家战略高度。2017年，美国总统科技顾问委员会（PCAST）发表了一份报告建议对中国芯片产业进行更加严密的审查，以应对其对美国相关企业和国家安全可能造成的严重威胁。PCAST的担心来自于美国作为半导体行业领导者的地位和中国近三十年来展现出来的在生产技术上学习和赶超的能力。美国英特尔公司作为全球最大的集成设备制造商（IDM），它的最大创新来自于性能创新。英特尔公司始终将摩尔定律作为目标不断提高CPU计算性能，最后成为个人电脑和云端服务器市场具有垄断地位的领导者。英特尔核心竞争力还来自无数个内部的精益创新。
英特尔精益创新之一：Copy Exactly
计算机CPU（中央处理器）是行业里公认的最复杂半导体产品。英特尔公司在2015年为服务器行业生产的至强处理器E5 V4面积大概只有一平方英寸大小，但是含有72亿晶体管。
为了生产制造这么复杂的产品，英特尔在产品上市5年甚至10年前就组织和投入多个研发中心，业界科研联合体和大学开始研究和开发制造生产的产品流程。这些活动前期的成本包括研发的投入（高达20亿美元）和还有晶圆厂（FAB）厂房设备投资（高达85亿美元）。这上百亿美元的投入仅仅是这一代产品的固定投入。
除了这些固定投入，半导体的工序流程复杂，从设计，制造，测试到封装，从最纯硅片原料开始到含有100亿个三极管的服务器处理器，涉及几百甚至上千道工序环节。任何一个环节都有可能出错并且错误会向后面的各个环节发散。追错难度到后面就越来越大，甚至有些错误无法通过正常的推理来定位和解决。硬件制造成本在运营中也是不可回收的成本，它不能像软件设计一样进行“小步试错”的迭代。芯片成品率直接影响到半导体公司利润。低成品率可以直接把一个盈利的半导体制造公司拖到亏损（另外一家美国著名半导体公司AMD在2010后的业绩下滑就是一个例子）甚至倒闭。
图.1 半导体公司的制造成本：英特尔远远超过波音
英特尔的晶圆厂（FAB）通常建立在两种地方：美国本土和世界其他地点（马来西亚，爱尔兰，中国大连等地）。当新半导体制成研发成功后，美国本土工厂负责打造第一条生产线，例如位于俄勒冈州的代号为D1D的晶圆厂 在2011年打造了基于22纳米3D晶体管的产线。第一条产线的工程师验证新的制成工艺流程并把半导体芯片的良率提高到可接受的水平。然后第二，三条产线在综合使用第一条产线配置流程和经验后才启动生产。这个过程也就是产线技术转移。
图.2英特尔高产能工厂分布图（2003年）
Copy Exactly（完全复制）就是由英特尔最先主推的一个非常简单的精益生产创新概念。传统的技术转移允许设备流程变化。这些变化通常为了配合接受方产线的便利和提供有限的优化。由于传统半导体结构的简单，这些变化不会造成巨大的良率不同。但是在现有半导体复杂生产流程下，产线之间的技术转移必须包括所有因素，除了一下两点：
· 物理意义上的不可能（比如同一个产线不可能共享同一个地理位置）
· 这个变化带来了巨大的经济效益
遵循这个原则，英特尔的Copy Exactly成了一个提高良率和产能的利器。 这里的Copy不只是生产技术设备流程的复制，同时还包括一切可能影响良率的因素的复制。如下图所示的4个层次，物理输入级别（物料，仪器，化学试剂，净室等），设备和流程级别（光蚀设备，颗粒，厚度等），模块级别（视觉，电力等）和产品级别（良率，可靠度）。只要条件允许，甚至厂房面积，朝向等一些貌似和良率无关的条件也会被复制。
图.3英特尔产线间技术转移的层次。
如下图所示，英特尔大规模实施Copy Exactly技术转移后，研发阶段（绿色曲线）的良率有很大的波动而且时间较长。该技术被推广到第一条实施产线（CE! Fab）后，CE!Lab的良率能从很高的水平跟上研发曲线的变化（黄色曲线）。第二和三条大规模生产产线（褐色和红色曲线）则在很短的时间里能到达相似的良率水平。这样产能需求能在最小的投入下能得到满足。
图.4 在实施Copy Exactly以后，几个晶圆厂良品率从研发到大规模生产变化。
总结
英特尔的Copy Exactly是一个看似非常简单直接的概念。它是英特尔三十年来的生产经验总结出来的精益创新的例子。它保证了产品的质量，同时最大程度上节省了生产成本。现在Copy Exactly已在半导体生产行业广泛应用。与其对应，互联网软件行业直接收集用户反馈，快速迭代和发布新版本已成为更加热门的流程精益创新领域。作为企业内部的创新倡导者要时刻记住，创新不只是iPhone和小米盒子那样具有颠覆已有市场能力的新产品，它也可以是任何能给企业带来额外的利润并创造价值的改进。
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