SECS/GEM Plan-B 服務：實現可靠晶圓廠自動化的備份通訊解決方案

概括

• SECS/GEM Plan-B 在半導體製造設備中充當備援通訊協議。
• 此服務在主要 HSMS 連線失效時，確保設備與主機（MES）之間的資料持續流動。
• 實施 SECS/GEM 冗餘可降低晶圓報廢與非計劃性停機風險。
• 依 SEMI E30 標準制定，Plan-B 允許使用次要連接埠進行診斷與備援。
• 此解決方案對於高產量 300mm 晶圓廠至關重要，因為通訊中斷每分鐘都可能造成數千美元損失。

介紹

根據 SEMI（2024），全球半導體設備市場達到破紀錄的 1,063 億美元，反映出產業全面追求最大產能與高可靠性的趨勢。隨著晶圓廠擴張，非計劃性停機的成本依然驚人，高產量產線每小時損失估計超過 38,000 美元。在這樣高度壓力的環境中，SECS GEM 協議是工廠的數位神經系統，即使最健全的主要連線也可能失效。

即使是小小的網路故障或主機系統崩潰，也能讓整座工廠「失明」，造成生產中斷，甚至導致大量晶圓報廢。為降低風險，產業正逐漸採用「Plan B」備援方案。此次要通訊策略提供一個安全網，確保當主要通道阻塞時資料仍能流通。

本文將探討 SECS/GEM 備援服務的技術細節，以及為何它已成為現代半導體製造不可或缺的要素。無論你是設備工程師或自動化專家，了解如何在危急時刻保持設備連線，是實現卓越運營的關鍵。

了解主 HSMS 連線的漏洞

High-Speed SECS Message Services（HSMS）是以 TCP/IP 傳輸 SECS 訊息的產業標準。儘管 HSMS 速度快、效率高，但它依賴於一對一的連線，這種架構本質上脆弱。若主機重新啟動或交換器失效，設備便會失去與 MES 的連線。

為什麼單一連結失敗

在典型晶圓廠中，單一設備主機連線負責處理從程序配方到警報監控的所有任務。當連線中斷時，設備可能進入「Spooling」模式在本地儲存資料，但 Spooling 有其限制。如果緩衝區在連線恢復前填滿，關鍵的製程資料將永遠遺失。

溝通失明的代價

連線中斷絕非小事。若沒有 GEM Plan B 通訊，設備無法收到下一批次的「開始」指令，也無法回報重要的量測資料。這會讓整條生產線塞車，使五分鐘的網路問題演變成四小時的恢復作業。

SEMI E30 Plan-B 的機制

SEMI E30（GEM 標準）認可設備需要次要存取。主要連線（Port 1）用於生產主機，而 SEMI E30 Plan-B 允許配置次要連接埠，供本地監控、診斷或作為完整備援連線使用。

SECS/GEM 冗餘解釋

真正的 SECS/GEM 冗餘架構包含一個保持「待命」或「監控」狀態的次要主機。一旦主要連線失效，次要連線立即接手資料收集，確保即使 MES 在意外維護或崩潰時，設備狀態仍能被追蹤。

被動備份與主動備份

被動備援：備援連線僅負責監聽與記錄資料。
主動備援：備援主機能向設備下指令，使設備在人工監管下繼續運作，直到主機問題排除。

SECS/GEM 備份服務的主要優勢

建構次要通訊層不只是安全網，它提供了單一連線無法達成的診斷能力。

Continuous Data Integrity：備援連線確保所有事件、警報、變數變化都被記錄，形成雙重品質追蹤。
Reduced MTTR：工程師能透過備援連線立即取得 Log，而不必等待 MES 恢復。
Independent Monitoring：優化團隊可從 Plan-B 埠擷取高頻資料用於機器學習，而不會拖慢主生產流量。
Seamless Integration：對 GEM300 Plan B 相容設備，架構已內建，可輕鬆部署設備整合備援方案。

消除“黑盒子”問題

若設備突然停機且主機 Log 因連線中斷而一片空白，就像關鍵證人突然失憶一樣。SECS/GEM 備援服務確保永遠有「證人」記錄設備行為，提供預防未來問題的重要線索。

OEM 和晶圓廠的實施策略

對 OEM 而言，提供 Plan-B 是重大附加價值；對晶圓廠改造工程師而言，它是現代化老舊設備的必要手段。

基於軟體的故障轉移解決方案

現代 SECS GEM 軟體套件多支援雙主機架構，能管理兩個連線的握手流程，避免設備因收到兩端指令而混亂。

晶圓廠自動化備份的硬體注意事項

有時瓶頸不在軟體，而是硬體。為設備電腦增加第二張網路卡（NIC）能將生產網路與備援／診斷網路物理隔離，避免網路風暴讓兩條連線同時癱瘓。

半導體工具通訊備份在 300mm 晶圓廠中的作用

在 300mm「全自動」工廠中，沒有操作員可手動啟動設備。因此備援通訊是強制性需求。若設備無法通訊，它只是一台昂貴的擺設。

克服常見的實施挑戰

儘管優點明確，建置 SECS/GEM 冗餘系統仍面臨挑戰，需要設備端與主機端密切協調。

管理狀態致性

Failover 最大挑戰是確保主要與備援主機對設備狀態的認知一致。若主機 A 認為設備在「Processing」，備援主機 B 卻認為是「Idle」，後果不堪設想。可靠的整合備援系統必須使用「唯一真實來源」協議同步兩端狀態。

網路延遲和同步問題

即使使用 HSMS，延遲仍可能讓備援主機比主要主機晚幾毫秒收到訊息。對高速設備來說，幾毫秒都很重要。工程師必須調整 T3、T6 超時參數以確保雙連線穩定。

SECS/GEM 通訊的未來趨勢

隨著 Industry 4.0 浪潮，SECS GEM 資料處理方式正快速進化。Gartner（2024）指出，60% 製造企業正走向分散式資料架構。在半導體領域，這意味著 SECS/GEM 備援服務可能最終會運行在設備旁的邊緣閘道器上。

未來備援將更智能，不僅是「A 壞了換 B」，而是多路通訊架構，資料會被動態路由至最佳通道。

結論

打造可靠的半導體工廠，不只需要高端設備，還需要能承受意外的通訊基礎架構。SECS GEM 協議已支撐產業數十年，但現代「零停機」需求要求更強韌的架構。透過部署 SECS/GEM 備援服務，晶圓廠可避免網路故障造成的損失、簡化診斷，並確保每片晶圓都被完整追蹤。