“30亿条数据×AI”成为创新之源——铠侠四日市工厂挑战尖端制造技术

铠侠四日市工厂是全球最大的闪存工厂之一，也是一座巨型的智能化工厂。在这里利用AI技术和每天生成的30亿条数据来打造尖端制造技术。伴随AI技术与各行各业的融合，在四日市工厂的生产现场AI应用已经变得“司空见惯”。在那里我们近距离视察到四日市工厂的许多工程师熟练使用AI技术，并将其与高品质的闪存制造紧密结合。

　七座制造大楼并排矗立在占地面积相当于15个东京巨蛋（69万4千平方米）体育馆的广阔场地上，在大型无尘室内，数千台大型设备在高度的自动化控制下24小时全天候运行。头顶上，许多晶圆自动搬运装置在轨道上来回移动，将晶圆接连不断地从一台设备传送至另一台设备。

　四日市工厂是全球最大的闪存工厂之一。位于三重县四日市的这家工厂自1992年成立以来，随着各种应用的发展引入而不断扩建，以满足对闪存日益增长的需求。目前，四日市工厂共有约1万名员工。

　四日市工厂的特征不仅在于其具有惊人的规模，同时它也是一家自30多年前成立以来一直采用先进数字技术的智能化工厂。公司积极促进自动化、IT化，同时引入人工智能，目前该工厂已经全面实现了彻底的智能化。工厂在20年前就已实现了在高度自动化控制下的闪存制造。从2010年代中期开始，工厂正式开始推进机器学习。目前，正在利用AI技术对工厂内各生产环节每天所产生的约30亿条的大数据进行分析，从而实现高质量、高附加值的闪存制造。

　在日本国内制造业迟迟未能引进和利用AI技术，并备受指责的情况下，为什么四日市工厂已经在日常工作中开始使用AI技术呢？其中彰显了铠侠的独特流派——将AI视为伙伴。

　四日市工厂基于每天生成的大量数据助力AI应用。

　在拥有多个巨型无尘室的四日市工厂中，包括生产设备、检测设备、晶圆传输系统和无尘室本身在内的所有地方都会产生数据。铠侠四日市工厂第二生产技术部的田中祐加子女士说：“从晶圆进入无尘室，经生产流程，直到最终成为成品的整个‘历史过程’都将变成数据。”晶圆是在哪一天的什么时间在哪台生产设备上加工而成的，当时的设备是如何设置的？所有这些详细信息都转换成数据。在对制造的闪存进行评估时，甚至会对最小单位的1Bit进行精细测试，因此该部分也会输出大量的数据。于是，四日市工厂每天将生成30亿条数据。由于数据规模远远超出了工程师可把握的应对范围，四日市工厂从早期阶段就开始致力于利用AI技术来提高数据分析的复杂性和速度。

　四日市工厂应用AI的一个事例即为品质控制。利用AI对从设备（闪存）检查中获取的数据和从生产工艺（生产设备等）中获取的数据进行分析，以查明产品缺陷原因。通过调整生产工艺来消除这些缺陷，就可以确保闪存的质量，改善良品率。也可以说，AI“在连接设备质量和制造方面发挥了作用”。

　例如，在设备质检方面，我们设计了一种独特的方法，利用机器学习对晶圆表面的缺陷进行自动化分析。具体来说，利用非负矩阵分解（Non-negative matrix factorization），一种自动从数据中提取特征的AI技术，高速自动地提取产品缺陷特征、进行分类，同时掌握产品缺陷的分布情况。以往工程师会目视检查和对比每个晶圆的检测数据，查明产品缺陷的特征并进行分类，但由于数据量庞大，需要花费相当多的时间。通过利用AI技术实现高速自动分析，成功将分析时间缩短了99%。

　在生产工艺中，统计建模（贝叶斯建模）被应用于数据分析。我们构建了一种方法来确定品质控制中的最佳控制值（如设备的设定值等），并基于这些控制值来控制生产工艺。

　田中团队设计的方案在国际半导体制造技术研讨会（ISSM：International Symposium on Semiconductor Manufacturing）等的国际半导体会议上赢得了数个奖项。

　田中女士运用AI的目的有两个。一个是为了归纳总结。AI使多达30亿条的杂乱数据变得简单有序、条理清晰。这也是AI最擅长的事情。

　另一个目的是为了“不确定性的清晰可视”。闪存制造涉及纳米级晶圆加工领域。基本上，生产工艺是以肉眼无法看到方式进行的。而且由于工艺缺陷基本较少，因此与工艺缺陷相关的数据量必然很小。如何从有限的数据中提取确定性尽可能高的信息极其重要。在这种困难的情况下，AI提供给我们的价值是“使不确定性的清晰可视”，也就是说，以数值来告诉我们不确定性。

　田中女士说：“单凭工程师的直觉无法做到这一点。如今，只有基于AI的高级别数据分析，才能实现这一点。如果我们能够将高确定性的结果反馈到生产工艺中，那么改进速度就会更快。AI为我们提供了支持决策的基本材料。”

　在解释AI的用途时，田中女士喜欢用一句话来表达：“AI是魔法镜头。”田中女士说道：“数据只是一串数字或字符，所以通过AI这一‘魔法镜头’，你就能提取新的信息，并将其转换成你想要的信息。我认为这才是AI的使用方式。”

　随着新的AI技术和基于AI的服务层出不穷，我们正迈向一个包括制造业在内的所有行业AI应用必不可少的时代。许多工程师和商务人士提出：“苦恼于不知该如何使用AI”。不过，田中女士说：“我从来没有想过如何使用AI这件事。”

　“AI只是达成目的的一个手段。极端地说，如果它对于达成目标不是必要的，那我们也可以不用它。”田中女士说道。

　作为一名生产工艺整合工程师，田中女士的目标是“如何明确设备与生产工艺之间的关系，进行符合逻辑的品质控制”。只有在找出问题并讨论解决方法的阶段，才会出现关于AI这一选项。田中女士说道：“与工厂里的传统理念相同，我们不从手段的角度考虑问题。我们要找到目标与现状之间的差距，并思考如何将两者联系起来从而缩小两者之间的差距。如果有与之匹配的AI技术，那就充分利用它。”

这就是田中女士关于如何使用“魔法镜头”的想法。她还表示，该镜头应该“像放大镜一样轻便、易于使用”。为了让AI成为工程师便捷的工具，田中女士在过去几年中一直在主导推进着一个在四日市工厂推广AI应用的项目。

　为了让员工切身感受AI技术，我们将启动公司内部项目，尤其是在举办研讨会等活动的同时，帮助年轻工程师学习AI知识。项目持续几个月到半年的时间，项目结束后设有一个类似海报展示的发表场所。与参与者或偶然路过的工程师们随意交谈，有时可能会创造下一个“AI应用的机会”。我们正是如此稳步地推广AI应用。

    该项目最初只有三人参与，在过去两年中已发展到有200人参与的规模。田中女士和同事们种下的“AI种子”正在逐渐生根发芽，并开始在工厂全面开花结果。田中女士说道：“在公司内部推行的各种项目中，我们所有的工程师在工作中都会运用到AI。我认为，很少有公司拥有这么多擅长使用AI技术的工程师。”

　田中女士认为，对于AI普及有两点至关重要。第一是娱乐性。“使用AI很有乐趣。我一直在留心，想要创建一些能让人们产生‘那是什么？好想试一试！’诸如此类想法的项目。”为此，田中女士尝试给项目起一些好玩的名字。

　第二是“对三方有利”。有像田中团队一样推动AI应用的“创建者”，有充分利用AI的“使用者”，还有为了促进AI应用而完善IT环境等基础设施的“企业”。田中女士认为必须对三方都有利。无论你想使用的AI技术有多先进，如果使用成本过高，对于企业来说是不现实的。考虑到使用AI的目的、AI的质量、成本和其他因素，找到最佳解决方案也很重要。

　田中女士强调说：“我认为AI将创造一个契机，让我们在工作和生活方式上拥有更多自由。”AI技术正在日新月异地发展，每天都会增加新的服务。但如果你不仅关注AI技术是崭新还是陈旧，而且还重视它的使用目的，那么AI就可以成为非常强大的伙伴，发挥“魔法镜头”的作用。

　尽管很多人担心日本在人工智能方面落后于其他国家，但四日市工厂的工程师能熟练使用AI，这可以消除人们的担忧。“AI是制造业的伙伴。”铠侠四日市工厂就是完美体现这一点的智能工厂。