這篇部落格文章最初發表於 cimetrix.com
引言
在節奏飛快的半導體製造領域中，保持領先地位至關重要。工業 4.0 持續重塑產業格局，該領域的企業正轉向採用新技術與新應用，以維持競爭優勢、在日益嚴格的製程限制下提升良率、提高工廠與設備的生產力、強化資料蒐集與資訊擷取能力、增加對製造設備及製程行為的可視性、實現更精準的控制，並支援單一裝置的可追溯性，以上僅為部分舉例。 在這篇部落格文章中，我們將探討 REST API 如何作為 SECS/GEM 介面的抽象層，實現與製造設備之間的無縫通訊與資料交換。此外，我們將重點介紹 OpenAPI 作為規格語言的優勢，並說明如何快速了解 API 的運作方式。
工業 4.0 與半導體製造的挑戰
半導體製造產業長期以來在推動技術進步方面扮演著關鍵角色，其應用範圍從消費性電子產品，到航太及醫療設備中所使用的關鍵元件皆然。然而，該產業同樣面臨「工業 4.0」帶來的挑戰，其特徵在於對數據驅動決策、自動化及互聯性的需求日益增加。
資料擷取
半導體製造面臨的主要挑戰之一，在於如何處理生產過程中產生的大量數據。這些數據包含溫度、壓力、電壓等設備參數，以及其他對確保產品品質與良率至關重要的各項參數。高效地擷取、處理及分析這些數據至關重要。傳統做法依賴專有系統與通訊協定，導致各利益相關方及其各自的軟體解決方案之間出現相容性問題與數據孤島。
相較之下，一種結合 REST API 的現代化方法，能存取標準 SECS/GEM、GEM300 和 EDA 介面，甚至自訂通訊協定的功能，為從各類製造設備與系統中擷取資料提供了標準化且文件完備的途徑。透過將 REST API 作為共通介面，可從不同來源收集資料並傳輸至不同目標位置，為即時資料分析與優化鋪平道路。 舉例來說，Cimetrix™ Sapience™ 平台採用資料收集計畫 (DCP) 範本，從潛在的各種來源蒐集資料，並確保這些來源之間的一致性與相容性。
設備控制
要實現高品質的產品與高產能，精確控制製造設備至關重要。「工業 4.0」提出了智慧製造的概念，其中設備彼此互聯，並能持續適應不斷變化的工廠環境。雖然傳統控制系統往往缺乏因應當今動態製造環境所需的靈活性，但前述採用 REST API 及多種底層通訊協定的現代化方法，有助於整合多套設備控制系統，以及協調其互動的製造應用程式。
透過此整合，設備得以在製程區域或整個工廠範圍內進行通訊與協調，從而實現物料調度清單的即時調整、配方參數變更、預測性維護，以及其他能對製造關鍵績效指標（KPI）產生正面影響的應用。再次強調，Sapience 平台提供了一個統一的運作環境，在該環境中，應用程式與設備之間的互動均已標準化，從而將所需客製化軟體的數量降至最低，並確保系統具備高度的可靠性與效能。
可追溯性
在半導體製造領域，可追溯性至關重要，因為精準度與責任歸屬在此領域中不可或缺。透過每個製程步驟對每項製造產品組件（包括所涉及的耗材與耐用品（治具））進行精確追蹤，可確保缺陷能追溯至其來源，並使最終產品的品質與安全不受影響。過去，可追溯性的實現方式仰賴易出錯且耗時的手動記錄作業。
在當今的現代化方法中，REST API、SECS/GEM 及 GEM300 透過將所有製造階段的設備整合至統一系統，實現自動化追溯。生產流程中的每個步驟皆可由多項應用程式（包括製造執行系統（MES））進行即時記錄與追溯。這確保了能根據所收集的數據重建特定裝置的完整製造流程，使失效分析過程毫無遺漏。 一套涵蓋所有 SEMI 連通性標準的通用 API，為多個終端點之間的資料交換建立了整合框架。
OpenAPI 在軟體開發中的優勢
OpenAPI 具備多項優勢，這些優勢對軟體的開發與整合方式產生了深遠影響。它作為現代軟體開發的基礎組件，對於希望簡化 REST API 設計、文件編寫及實作流程的開發人員和組織而言，已成為不可或缺的工具。隨著協作需求與多語言軟體開發需求的日益增長，它更是建立標準化工廠自動化工作流程不可或缺的工具。
1. 設計優先方法：OpenAPI 允許對 API 進行全面定義，包括每個端點的類型與範例。所謂「設計優先」的方法，是指在編寫任何程式碼之前，先建立詳細的 API 定義。此方法作為 SECS/GEM 的抽象層，支援各 SEMI 標準的特定 API，並能使 API 設計得以進行迭代式精進與更新。
2. 程式碼產生：OpenAPI 提供廣泛的程式語言支援，可進行程式碼產生。它能以使用者選擇的程式語言產生 SDK，便於與不同的應用程式架構（例如桌面或網頁）進行整合。
3. 強大的工具：OpenAPI 生態系統（包含 Swagger 品牌下的各項工具）能加速 API 的學習與實驗進程。Swagger UI 提供可視化及與 API 資源互動的功能，且無需預先建置任何實作邏輯，所有功能皆基於 OpenAPI 規格。
4. RESTful API：RESTful API 是一種利用 HTTP 方法和 URI 與資源進行互動的網路服務，而 OpenAPI 則是用於設計和記錄 RESTful API 的規格。這使得遵循最佳實踐變得更加容易，並能確保 API 互動的一致性與可預測性。
5. 龐大的使用者群體與穩定性：OpenAPI 因獲得業界廣泛採用及各大企業的支持，累積了來自大量 API 開發的豐富集體知識。這龐大的使用者群體，無論對新手或資深開發者而言，都提供了無價的支援。
假設性案例研究：OpenAPI、SECS/GEM 及 GEM300 的實作
讓我們透過一個假設性的案例研究，來說明 OpenAPI、SECS/GEM 以及 GEM300 在半導體製造中的優勢：
X 公司作為一家領先的半導體製造商，其生產線在資料蒐集、設備控制及可追溯性方面面臨諸多挑戰。為解決這些挑戰，該公司於整個製造流程中導入了整合 OpenAPI、SECS/GEM 及 GEM300 的 Sapience 系統。
一旦生產現場與 Sapience 連線後，開發人員即可開始嘗試使用 Swagger UI，該工具為 OpenAPI 文件提供了直觀且互動式的介面。例如，透過檢視 DataCollectionPlan API，開發人員能快速了解以特定頻率收集資料的選項，以及向設備發送該請求的格式。
圖 1 資料蒐集計畫 API，附說明文件與資料結構
圖 2 資料蒐集計畫 API，附可執行範例及接收到的資料
另一項重要要求是透過選取製程程式來控制設備，而用於實現此目的的 SEMI E5（SECS-II）資料流與功能，其相關文件記載詳盡，並可透過 Swagger UI 存取。由於 API 文件中包含了此類向設備發送請求的範例，因此理解所需遠端指令的使用方法所需的時間大幅縮短，從而能快速建置應用程式原型。
圖 3 附有文件與資料結構的遠端指令 API
圖 4 遠端指令 API，附可執行範例與接收到的資料
結論
總而言之，作為 SECS/GEM 抽象層的 REST API，是半導體製造產業的一項顛覆性技術。它們直接滿足了「工業 4.0」在資料蒐集、資訊擷取、設備控制及可追溯性方面的需求，並提供標準化、互通且可擴展的解決方案。 此外，採用 OpenAPI 規範及其強大的代碼生成與文件生成相關工具的企業，將能在瞬息萬變的半導體製造應用環境中佔據有利地位，進而以更高的效率和更低的成本實現更佳的產品品質。
隨著產業持續發展，在半導體製造領域採用 Sapience™ 平台等解決方案，將確保競爭力，並促進唯有透過輕鬆存取設備與製程數據，以及運用這些數據的分析與控制應用程式，才能實現的創新。 上述範例雖涉及 SECS/GEM 介面，但 Sapience 平台亦支援其他標準通訊協定，例如 SEMI EDA（設備資料擷取）及 OPC UA。該平台採用了相同的文件編寫方法，使使用者能迅速理解並運用各項功能。