這篇部落格文章最初發表於 cimetrix.com
GEM 標準
GEM 是一項產業標準，旨在定義製程設備與工廠主機軟體之間，為監控與控制目的而進行通訊的標準方法。透過連接 GEM 設備，工廠可立即獲得營運效益。工廠主機可透過多種方式收集資料。先前的一篇部落格文章曾探討過透過「資料擷取事件報告」來收集資料的方式，此機制是依據設備執行的狀態轉換，將資料推送至主機。除了事件報告之外，工廠主機通常還需要透過輪詢方式向設備查詢當前的資料值。 資料值可由主機直接請求，亦可透過追蹤報告以定期間隔進行採樣。此機制稱為「資料輪詢」，亦是今日討論的主題。
資料類型
GEM 介面中有三種資料類型：
- 資料變數 (DV) – 當設備事件發生時可蒐集的資料項目。此資料僅在該事件的上下文中保證有效。 例如，GEM 介面可能會提供一個名為 PPChanged 的事件（於配方變更時觸發）。該介面也可能提供一個名為「已變更配方」的資料變數。此資料變數的值僅在 PPChanged 事件的上下文中有效。若於其他時間點擷取該值，可能會獲得無效或意料之外的資料。
- 狀態變數 (SV) – 包含設備相關資訊的資料項目。此資料在任何時候均保證有效。例如，設備的製程模組中可能裝有溫度感測器。GEM 介面可能會提供一個名為 ModuleTemperature 的狀態變數。主機可隨時查詢此 SV 的值，並可預期該值是準確的。
- 設備常數 (EC) – 包含設備設定的資料項目。設備常數決定設備的運作方式。例如，一個 GEM 介面可能具有一個名為 MaxSimultaneousTraces 的設備常數，該常數指定可同時向主機請求的追蹤數目上限。設備常數的值始終保證有效且為最新狀態。
資料屬性
上述三種資料類型各自具有相似的屬性，有助於定義資料。設備供應商有責任在 GEM 手冊中提供這些屬性，以便工廠主機能夠與資料進行互動。其中一些重要的資料屬性包括：
- ID – 一個在 GEM 介面中必須唯一的數值識別碼。這些識別碼可依資料類型分組，並分別稱為 SVID（狀態變數識別碼）、DVID（資料變數識別碼）及 ECID（收集事件識別碼）。
- 名稱 – 資料項目的易讀名稱
- 格式 – 項目的資料類型。
- 資料格式可以是簡單的（數值型、ASCII 型、布林型），也可以是複雜的（陣列、清單、結構體）。例如，數值型別包括 I1、I2、I4、I8（不同位元組長度的有號整數型別）、U1、U2、U4、U8（無號整數型別）以及 F4 或 F8（浮點型別）。
- 清單和陣列類型在資料項目中包含多個值。例如，影像資料會以位元組陣列的形式呈現。
- 結構類型包含特定類型的資料。例如，一個變數可能代表一個插槽映射，其中包含載具資訊，以及插槽清單及其晶圓放置狀態。
- 值——資料項的實際值。資料值採用精確、高效且具有自描述性的二進位格式，以便主機能正確解讀資料。此資料格式能更有效率地收集更多資料。
「收集事件」（CE）和「警報」也有各自的 ID 和名稱。雖然其他部落格文章已對這些項目進行過討論，但了解其中某些屬性對於本篇文章而言至關重要，因為這些屬性同樣可以被查詢。
資料擷取
如前所述，工廠主機通常會透過其定義的追蹤報告和事件報告，定期取得資料。GEM 亦提供一種方法，讓工廠主機能根據其需求進行資料輪詢。
狀態變數
主機可隨時透過傳送一則 S1F3 訊息來查詢狀態變數的值，該訊息需包含欲取得其值的 SVID 清單。若清單長度為一，則僅會回傳該單一 SV 的值；若清單長度為零，則會回傳介面中所有已定義 SV 的值。這些值將由設備透過 S1F4 訊息以清單形式回傳。
主機亦可透過向設備發送 S1F11 訊息，向設備索取 SV 名稱清單。上述清單規則同樣適用於此訊息。回傳的訊息將針對每個 SV 包含一筆記錄，顯示其 SVID、名稱及單位。
設備常數
與 SV 的運作方式類似，主機亦可透過傳送 S2F13 訊息，查詢在 GEM 介面中定義的設備常數值。設備將透過 S2F14 訊息回傳這些值。
與 SV 類似，亦可透過 S2F29 訊息查詢 EC 的名稱。
資料變數
由於資料變數僅在收集事件的上下文中有效，因此沒有任何方法可以輪詢資料變數的值。資料變數的值只能透過收集事件報告來呈報。
其他
除了上述討論的資料輪詢方法之外，透過輪詢設備，亦可從 GEM 主機取得以下項目：
- 收集事件 (CE) – 主機可透過 GEM 介面查詢可用的收集事件，以及每個 CE 所關聯的 DV。這些資料是透過 S1F23 訊息進行查詢的。
- 警報 – 主機可透過傳送一則 S5F5 訊息（其中列出所需警報的 ALID）來查詢系統上可用的警報。回傳訊息會列出與該 ALID 相關聯的警報代碼及警報文字。 每個 GEM 介面都必須具備兩個狀態變數。AlarmsEnabled 包含該設備上所有已啟用警報的 ID 清單；AlarmsSet 則包含該設備上目前處於「已設定」狀態之警報的 ID 清單。由於這些值屬於狀態變數，因此可隨時進行查詢。
- MDLN 與 SOFTREV – 對 S1F1（您在嗎？）訊息的回應將包含該設備的型號（MDLN）及軟體版本（SOFTREV）。
- DateTime – 可透過 S2F17 訊息查詢設備的日期與時間。主機可透過 S2F31 訊息同步設備的時間。GEM 要求設備必須維護一個包含當前時間的「時鐘服務變數」（Clock SV）。允許主機查詢和同步時間，可使系統具備安排近乎同時發生的事件的能力。
追蹤資料蒐集
追蹤資料蒐集提供了一種定期採樣資料的方法。這種基於時間的資料蒐集方式，對於追蹤趨勢、監測特定時間區間內的重複應用，或是監控連續資料都十分有用。
在建立追蹤定義時，主機會提供以下內容：
- 採樣週期——相鄰兩個採樣點之間的時間間隔。由於解析度以百分之一秒為單位，因此可透過波形記錄極快速地蒐集資料。一般而言，設備通常支援最高達 10 Hz 的波形採樣間隔。
- 群組規模——追蹤報告中所包含的樣本數
- SVIDs – 應包含於追蹤記錄中的狀態資料清單
- 總樣本數——在該蹤跡的整個生命週期內需採集的樣本數
- 追蹤請求 ID – 追蹤請求的識別碼（GEM 僅允許整數類型的追蹤 ID）
主機透過 S2F23 訊息來定義追蹤請求。追蹤報告則由設備透過 S6F1 訊息傳送至主機。
微量樣本
假設某台設備正在處理一片晶圓，且處理過程需時 5 分鐘。將夾盤溫度維持在某個可接受的範圍內，並確保腔室壓力低於指定水平，這一點至關重要。雖然每 15 秒監測一次數值已足夠，但我們可以建立資料群組，使報告僅每分鐘接收一次。主機可傳送一則包含以下追蹤配置的 S2F23 訊息：
追蹤 ID：100（ID 必須為整數）
採樣週期：00001500（每 15 秒採樣一次）
總採樣次數：75（每 15 秒採樣一次，持續 5 分鐘）
群組大小：4
SVID 清單：
300（包含夾頭溫度資訊的狀態變數 ID）
301（包含腔室壓力資訊的狀態變數 ID）
一分鐘後，設備將透過 S6F1 訊息傳送第一份追蹤報告。該訊息將包含以下資訊：
100（追蹤編號）
4（最後一個樣本編號）
2018-01-22T14:20:34.8（日期格式取決於 TimeFormat 設備常數）
狀態值清單：（長度為 8：2 個狀態值，每組 4 個）
219.96（第一個樣本的夾頭溫度）
0.0112（第一個樣本的壓力）
219.97（第二個樣本的夾頭溫度）
0.0122（第二個樣本的壓力）
219.97（第三個樣本的夾頭溫度）
0.0120（第三個樣本的壓力）
219.96（第四個樣本的夾頭溫度）
0.0119（第四個樣本的壓力）
再過一分鐘後，追蹤報告可能會如下所示：
100（追蹤 ID）
8（最後一個樣本編號）
2018-01-22T14:21:34.8（日期時間比第一個追蹤記錄晚一分鐘）
狀態值清單：（長度為 8：2 個狀態值，每組 4 個）
219.96（第五個樣本的夾頭溫度）
0.0112（第五個樣本的壓力）
219.97
0.0122
220.01
0.0120
220.00
0.0119
接下來將以一分鐘為間隔接收另外三份報告。主機可檢查報告中的回傳值，若數值超出預期範圍，則可據此採取相應措施。
結論
若主機希望檢查特定時間點的數值，可透過 S1F3 輪詢狀態資料。若需在特定時間段內持續收集資料，則可設定追蹤功能。
運用本部落格所述的資料採樣方法，可讓主機應用程式在需要時，依需求擷取所需的資料。GEM 在向設備請求資料方面提供了靈活性，既允許主機在特定時間點查詢數值，也可透過追蹤機制進行定期採樣。