這篇部落格文章最初發表於 cimetrix.com
SECS/GEM 標準簡介
台灣印刷電路板協會（TPCA）在選定「製造設備通訊與控制通用模型」（GEM）標準作為設備互連標準後，邀請 Cimetrix 於 TPCA 技術研討會上發表演講，闡述 GEM 的一些最重要功能與優勢。 在 Cimetrix 客戶培訓與支援總監 Brian Rubow 進行簡報後，TPCA 邀請他撰寫一篇總結文章，該文已於 2017 年 10 月的 TPCA 展會期間由 TPCA 發布。今日，適逢我們即將於 2018 年推出一系列詳盡介紹 GEM 功能與優勢的部落格文章，特此重新刊載此文。
SECS/GEM 指的是一套規範製造設備與工廠主機電腦系統之間通訊的 SEMI 標準。訊息層標準 SEMI E5 SECS-II 定義了一種通用訊息結構，以及由多項標準化訊息組成的函式庫。 通訊協定層標準 SEMI E37 高速訊息服務（HSMS）定義了一種二進位結構，用於透過 TCP/IP 傳輸 SECS-II 訊息。SEMI E30 GEM 則針對 SECS-II 訊息的子集，定義了一套最低要求、額外（可選）功能、使用案例及使用者情境。
SECS/GEM 部署於設備上，並由工廠用於實現指揮與控制功能。由於這是產業標準，任何符合 SECS/GEM 規範的主機軟體皆可與任何符合 SECS/GEM 規範的設備進行通訊。當這些標準在設備上完全實施後，工廠軟體便能透過其 SECS/GEM 介面，對設備進行全面的控制與監控。這些標準為設備製造商和工廠雙方帶來了諸多好處。
SECS/GEM 降低設備整合成本
工廠通常由跨國企業擁有並營運，這些企業會向多家設備製造商採購設備。儘管每台設備的控制軟體各不相同，但工廠仍需將這些設備整合起來，使其能協調運作。雖然可以透過客製化軟體將每台設備獨立整合，但這種做法在成本和時間上都不具效益。
設備製造商的情況亦是如此，他們將產品銷售給全球各地的各類工廠。每間工廠的資料收集與應用軟體各不相同。設備製造商必須協助工廠整合所購置的設備。雖然可以為每間工廠開發客製化的整合解決方案，但這同樣不符合成本效益。每當工廠要求客製化的整合功能時，相關成本便會轉嫁給工廠本身。
無論是由設備製造商還是工廠開發的客製化軟體，其開發與維護成本皆相當高昂，且品質往往不如預期。相較之下，SECS/GEM 標準明確定義了如何在任何製造設備上建立標準化介面。設備製造商可透過為所有客戶開發單一介面而受益；工廠則可透過將同一套整合軟體重複應用於所有購置的設備而受益。 無論是工廠還是設備製造商，透過重複使用這套軟體與技術，不僅能提升軟體品質、降低成本，還能實現更多功能。設備製造商與工廠不僅能投資於最低限度所需的功能，更能實作原本難以負擔的高階功能。若僅需支援 SECS/GEM 標準，設備製造商便能發布更多數據並支援更先進的控制功能；反過來說，工廠也能利用這些額外數據來提升產品品質與生產力。
SECS/GEM 適用於所有製造設備
由於 SECS/GEM 分為「基本要求」與「附加功能」兩部分，因此可應用於任何製造設備，無論其規模與複雜程度如何。附加功能屬選用性質，因為並非總是需要。例如，某些設備沒有製程配方，因此無需實施「製程配方管理」這項附加功能。
SECS/GEM 亦能根據設備數據的規模靈活擴展。舉例來說，一台非常簡單的設備或裝置可能會發布 10 種不同的資料蒐集事件，而一台複雜的設備則可能會發布 5000 種不同的資料蒐集事件；然而，兩者皆可採用相同的 SECS/GEM 技術。
透過 SECS/GEM 介面，可支援無數種應用
設備上發生的所有狀況皆可被追蹤。任何遠端控制功能與系統配置皆可獲得支援。設備發布的資料越多，工廠便能部署越多的軟體應用程式。透過 SECS/GEM 介面，可實現統計製程控制、故障排除、預測性維護、前饋／反饋製程控制、設備利用率、物料追蹤、配方驗證等眾多應用。 此類應用程式通常能減少設備上對操作員介面的需求，從而降低工廠所需的操作員人數。配方管理可協助工廠將廢料量降至最低。例如，可利用 SECS/GEM 介面將黃金配方儲存於中央位置，並確保對原料使用正確的配方。
SECS/GEM 能非常有效率地利用網路頻寬
SECS/GEM 具備多項特性，使其天生具備高效能。首先，每個 SECS/GEM 介面皆扮演訊息中介者的角色。由於該中介者運行於設備上，因此未訂閱的資料不會發佈至網路。主機軟體若要接收警報、收集事件或追蹤資料訊息，必須先進行訂閱。 由於每個警報、資料擷取事件和追蹤資料的訂閱皆由系統獨立管理，因此設備可透過單一 SECS/GEM 介面，發布所有工廠應用程式所要求的警報、資料擷取事件及追蹤資料，同時避免因不必要的資料而浪費網路頻寬。此外，當主機訂閱追蹤資料時，會指定資料擷取頻率，這使得 SECS/GEM 相較於那些以硬編碼頻率發布資料的通訊協定，效率更高且實用性更強。
此外，所有 SECS/GEM 訊息皆以高效的二進位格式傳輸。相較於採用 ASCII 格式傳輸的通訊協定，此格式所需的頻寬遠低於前者。儘管採用二進位格式，SECS/GEM 訊息仍可輕鬆轉換為標準化的 XML 標記語言，反之亦然。
SECS/GEM 獲得業界大力支持
多年來，SECS/GEM 一直是半導體產業中工廠與設備通訊及控制系統的支柱。 這意味著當今所有的半導體製造都完全依賴 SECS/GEM 通訊。自 90 年代末以來，300mm 半導體工廠便一直基於 SECS/GEM 通訊實現全自動化運作——台積電、三星、美光、英特爾、東芝等大型企業，以及許多其他廠商，都在每座工廠中全天候（24/7）運用 SECS/GEM。 其他產業，例如平面顯示器、高亮度 LED 及太陽能產業，也已正式採用 SECS/GEM，因為它們意識到 SECS/GEM 的功能可應用於任何製造設備，以支援關鍵任務型應用。
SECS/GEM 具有自描述性
雖然該標準要求隨設備一併提供 GEM 文件，但 SECS/GEM 支援多種方法，讓主機軟體能自動適應設備的 SECS/GEM 介面。 主機軟體可透過特定訊息查詢可用警報、狀態變數、設備常數的清單，以及（針對較新版本的實作）可用收集事件與資料變數的清單。這些訊息使 SECS/GEM 具備「即插即用」功能。此外，設備製造商可提供標準化的 XML 檔案，其中完整描述了 SECS/GEM 介面及其功能。
摘要
這些僅是採用 SECS/GEM 技術所帶來的眾多好處中的一部分，無論對工廠還是設備製造商而言皆然。SECS/GEM 是一項經過驗證且現已可用的技術。