SECS/GEM Plan-B 서비스: 안정적인 Fab 자동화를 위한 백업 통신 솔루션

요약

• SECS/GEM Plan-B는 반도체 제조 장비를 위한 페일오버(failover) 통신 프로토콜로 작동합니다.
• 이 서비스는 기본 HSMS 링크가 장애가 발생할 때에도 장비와 호스트(MES) 간 데이터 흐름이 지속되도록 보장합니다.
• SECS/GEM 이중화(백업)를 구현하면 웨이퍼 스크랩 및 예기치 않은 다운타임 위험을 줄일 수 있습니다.
• SEMI E30 표준에 따라 Plan-B는 진단 및 백업을 위한 보조 연결 포트를 허용합니다.
• 이 솔루션은 통신 장애 시 분당 수천 달러의 손실이 발생하는 고산출량 300mm 팹에서 특히 중요합니다.

소개

SEMI(2024)에 따르면 글로벌 반도체 장비 시장은 1,063억 달러라는 사상 최고치를 기록했으며, 이는 업계 전반에서 최대 처리량과 안정성을 향한 강한 수요를 반영합니다. 팹 규모가 커질수록 계획되지 않은 다운타임의 비용은 치솟으며, 일부 고산출 라인의 경우 시간당 38,000달러를 초과하기도 합니다. 이러한 고위험 환경에서 SECS/GEM 프로토콜은 디지털 신경망 역할을 하지만, 가장 견고한 기본 연결조차도 장애가 발생할 수 있습니다.

 작은 네트워크 글리치나 호스트 시스템 오류는 공장을 사실상 ‘눈먼 상태’로 만들며, 생산 중단 또는 심각한 웨이퍼 스크랩을 초래할 수 있습니다. 이러한 위험을 완화하기 위해 업계는 점점 더 “Plan B” 방식을 채택하고 있습니다. 이 보조 통신 전략은 기본 링크가 끊겼을 때도 데이터가 흐르는 안전망 역할을 합니다.

 본 문서는 SECS/GEM 백업 서비스의 기술적 구조와 현대 반도체 제조에서 필수 요소가 된 이유를 설명합니다. 장비 엔지니어이든 팹 자동화 전문가이든, 위기 상황에서도 장비 연결을 유지하는 방법을 이해하는 것은 운영 우수성을 위해 매우 중요합니다.

기본 HSMS 연결의 취약성 이해

High-Speed SECS Message Services(HSMS)는 TCP/IP 기반 SECS 메시지 전송을 위한 업계 표준입니다. HSMS는 빠르고 효율적이지만 포인트 투 포인트 방식으로 동작하기 때문에 구조적으로 취약합니다. 호스트 컴퓨터가 재부팅되거나 네트워크 스위치가 고장 나면 장비는 MES와의 연결을 즉시 잃게 됩니다.

단일 링크가 실패하는 이유

일반적인 팹 환경에서 하나의 장비-호스트 링크가 공정 레시피, 알람 모니터링 등 모든 기능을 처리합니다. 이 링크가 끊기면 장비는 데이터를 로컬로 저장하는 “spooling” 모드로 들어가지만 스풀링에는 한계가 있습니다. 버퍼가 가득 차기 전에 연결이 복구되지 않으면 중요한 공정 데이터가 영구적으로 손실됩니다.

의사소통 실명으로 인한 비용

연결 상실은 단순한 불편을 넘어섭니다. GEM Plan B 통신이 없으면 장비는 다음 Lot의 “Start” 명령을 받을 수 없고, 필수 계측 데이터를 보고할 수도 없습니다. 이는 전체 생산라인에 병목을 만들며, 5분의 네트워크 오류가 4시간의 회복 지연으로 이어질 수 있습니다.

SEMI E30 Plan-B의 메커니즘

SEMI E30 표준(GEM: Generic Model for Communications and Control of Manufacturing Equipment)은 보조 접근이 필요함을 인정합니다. 기본 연결(포트 1)은 생산 호스트에 할당되지만, SEMI E30 Plan-B는 보조 포트를 허용하며 이는 로컬 모니터링, 진단 또는 완전한 백업 링크로 사용될 수 있습니다.

SECS/GEM 이중화 설명

완전한 SECS/GEM 이중화 구성은 “대기” 또는 “모니터” 상태를 유지하는 보조 호스트를 포함합니다. 기본 연결이 끊어지면 보조 링크가 데이터 수집을 인계받아 장비 상태를 지속적으로 파악할 수 있습니다.

수동 및 활성 백업

• 수동 백업: 보조 링크는 단순히 수신 및 기록만 수행합니다.
  
• 능동 페일오버: 보조 시스템이 장비에 명령을 전송할 수도 있어, MES가 다운된 동안에도 장비를 수동 운영할 수 있습니다.
  

SECS/GEM 백업 서비스의 주요 이점

이중 통신 레이어는 단순한 안전망을 넘어 단일 링크로는 불가능한 수준의 진단 기능을 제공합니다.

• 지속적인 데이터 무결성: 모든 이벤트, 알람, 변수 변경이 보조 서비스에 기록되어 이중 감사 추적을 생성합니다.
  
• MTTR 감소: 장비가 오프라인 되어도 백업 HSMS 연결을 사용해 즉시 로그 분석이 가능합니다.
  
• 독립 모니터링: Plan-B 포트를 통해 ML 모델용 고주파수 데이터를 가져와도 생산 트래픽에 영향을 주지 않습니다.
  
• 원활한 통합: GEM300 Plan B를 지원하는 장비는 이미 구조가 정립되어 있어 팹 전체에 쉽게 적용 가능합니다.
  

“블랙박스” 문제 제거

장비가 이유 없이 멈췄는데, 호스트 로그가 연결 끊김 때문에 비어본 적 있나요? 이는 주요 증인이 갑자기 기억을 잃은 사건을 해결하는 것과 같습니다. SECS/GEM 백업 서비스는 항상 장비 동작을 기록하는 ‘증인’을 제공하여 문제 해결을 가능하게 합니다.

OEM 및 제조공장을 위한 구현 전략

소프트웨어 기반 장애 조치 솔루션

현대 SECS/GEM 소프트웨어는 기본적으로 이중 호스트 구성을 지원합니다. 이를 통해 장비가 두 호스트에서 오는 명령에 혼동되지 않도록 핸드셰이크를 관리합니다.

Fab 자동화 백업을 위한 하드웨어 고려 사항

문제가 소프트웨어가 아니라 하드웨어일 때도 있습니다. 장비 PC에 두 번째 NIC를 추가하면 생산 네트워크와 진단/백업 네트워크를 물리적으로 분리할 수 있습니다. 이는 네트워크 폭주(broadcast storm)가 두 연결을 모두 끊는 상황을 방지합니다.

300mm Fab에서 반도체 공구 통신 백업의 역할

300mm 무인화(“Lights-Out”) 팹에서는 자동화가 절대적입니다. MES가 다운되면 작업자가 장비를 수동으로 시작할 수 없습니다. 이런 환경에서는 백업 통신 시스템이 필수입니다.

일반적인 구현 과제 극복

상태 일관성 관리

가장 큰 문제는 기본 호스트와 백업 호스트가 장비의 현재 상태에 대해 동일하게 인식하도록 유지하는 것입니다. 두 호스트의 상태가 다르면 혼란이 발생합니다. 따라서 강력한 통합 백업 시스템은 “단일 진실 소스” 프로토콜을 사용합니다.

네트워크 대기 시간 및 동기화 문제

네트워크 지연으로 인해 백업 호스트가 메시지를 몇 ms 늦게 받을 수 있습니다. 반도체 장비에서는 이 짧은 지연도 큰 문제입니다. 엔지니어는 T3, T6 타임아웃을 조정해 두 연결 모두 안정적으로 유지해야 합니다.

SECS/GEM 커뮤니케이션의 미래 동향

Industry 4.0으로 이동함에 따라 SECS/GEM 데이터 처리 방식도 변화하고 있습니다.
Gartner(2024)에 따르면 제조 기업의 60%가 분산 데이터 아키텍처로 이동하고 있습니다. 이는 SECS/GEM 백업 서비스가 장비 인근의 엣지 게이트웨이에서 실행되는 형태로 발전할 수 있음을 의미합니다.

향후에는 단순 “A에서 B로 전환”이 아닌, 여러 경로를 통해 가장 효율적인 채널로 데이터를 전달하는 멀티패스 구조로 발전할 것입니다.

결론

신뢰할 수 있는 반도체 제조 환경을 구축하려면 고성능 장비뿐 아니라 예기치 않은 상황을 견딜 수 있는 통신 인프라가 필요합니다. SECS/GEM 프로토콜은 업계의 기반이었지만, 현대의 무중단 요구는 더 강력한 접근을 요구합니다.
SECS/GEM 백업 서비스를 구현하면 팹은 네트워크 장애를 방지하고, 진단을 단순화하며, 모든 웨이퍼 데이터를 안전하게 보호할 수 있습니다.

자주 묻는 질문