编者按
西安霖云芯创是专注于国产化计算机集成制造（CIM）解决方案的高新技术企业，在发展过程中，其技术架构曾遭遇内外部多重挑战，制约了业务的进一步突破。本文基于西安霖云芯创信息系统架构师张超在 TiDB 社区活动（西安站）的分享整理而成，详细拆解 TiDB 在半导体生产管理系统中的完整应用实践，为行业同类场景提供切实可落地的技术参考。
作者：西安霖云芯创 张超
半导体制造行业的数据库困境
在半导体制造行业，计算机集成制造（CIM）系统是晶圆厂的“核心大脑”，它整合并管理着从投片到出货的全部生产流程，确保生产的稳定和高效。CIM 系统需要实时处理设备日志、工艺参数等海量生产数据，因此，一个高性能、高可用的数据库是支撑其稳定运行的关键。
对于CIM厂商来说，选择一款合适的数据库并不是一件易事：
以前，CIM系统普遍采用 Oracle RAC。为了实现数据读取，通常需要额外配置 Oracle ADG（Active Data Guard）并从中读取数据，这增加了架构的复杂性。
对于 MySQL 和 MongoDB，需要谨慎评估其适用性。虽然 MySQL 是许多中小型企业的常见选择，但其集群扩展性有限。当数据表规模增大时，查询性能下降的问题会愈发明显，并且难以从根本上解决。此外，MySQL 的日常运维对经验要求较高，需要提前规划数据增长后的扩展方案，难以高效支撑海量生产数据。而 MongoDB 尽管在处理 JSON 数据方面具有一定优势，但其复杂的运维和查询命令增加了操作难度，同时数据格式在与其他数据库转换时存在技术壁垒，难以满足系统兼容性需求。
为突破这一困境，西安霖云芯创团队也曾努力尝试在应用层自主开发数据传输工具，但在压力测试中频繁出现数据丢失问题，无法保障数据完整性，难以投入实际生产使用。
以无感切换、卓越性能与稳定可靠实现系统升级
面对技术与外部环境的双重挑战，TiDB 凭借多维度优势，成为西安霖云芯创的最优选择，为半导体生产系统升级提供了关键支撑。
从迁移适配性来看，TiDB 与 MySQL 兼容性极高。从 MySQL 切换至 TiDB 的过程中，开发团队无需大规模调整代码，运维流程也无需彻底重构，几乎实现了“无感切换”。迁移成本与技术风险大幅降低的同时，业务连续性也得到了保障。
TiDB 集成的运维工具也为团队提供了巨大帮助。在监控与优化能力上，TiDB 集成 Prometheus 监控组件，可实时采集并展示 QPS （每秒查询率）、数据延迟、CPU 及内存使用率等关键运行指标；自带的 Dashboard 功能则支持 SQL 优化、Top SQL 查询分析等操作，结合客户常用的监控系统，可快速生成可视化报表，助力运维与开发团队精准定位问题、优化系统性能，提升故障排查与性能调优效率。
TiDB 的强大集群架构给团队留下了深刻印象。在 POC 阶段，团队使用三台配置相同的物理机部署 3+3 模式（3 个 PD、TiDB、TiKV 在三台机器）的 TiDB 集群，并进行了故障转移测试。测试结果显示，即使在模拟节点故障和恢复的过程中，业务运行也未出现过一次数据库连接超时或数据丢失，这充分验证了其集群架构的稳定性和高可用性 。
此外，TiDB 的备份恢复功能操作简便，无需复杂配置即可完成数据备份与恢复，为数据安全提供保障；同时，集群扩容与缩容可灵活操作，能够根据业务数据量变化动态调整资源配置，适应生产系统的动态需求。
TiDB 在半导体产运核心系统的应用实践
引入 TiDB 后，西安霖云芯创逐步将其应用于多个核心业务系统，从数据架构到性能表现，均实现了显著升级，为半导体生产运营提供了坚实的数据支撑：
在核心系统应用方面，TiDB 已深度融入 Report、DSP（数据信号处理器）、FAE（现场应用工程师）等关键系统。其中，Report 系统依托 TiDB 的高效数据处理能力，实现生产报表快速生成与大屏可视化展示，为管理层与生产人员提供实时、准确的生产数据参考；DSP 与 FAE 系统作为支撑工厂全自动化（Auto 模式）的核心，借助 TiDB 实时数据存储与查询能力，精准获取半导体成品位置信息，并与其他系统协同联动，指挥机器人完成自动搬运作业，助力“黑灯工厂”建设，提升生产自动化水平与运营效率。
数据架构设计上，团队采用“双集群”模式，将数据存储划分为 Inline 数据集群与 Offline 数据集群。Inline集群专注处理实时生产数据，主要为 MES（制造执行系统）提供数据服务，保障生产过程中数据的实时性与可用性；Offline 集群则通过数据同步机制获取主库数据，专门用于报表生成、历史数据查询等非实时性操作，有效避免了读写请求冲突对生产系统造成的影响，实现“生产与分析分离”，提升整体系统运行效率。为实现主备库数据实时同步，团队利用 TiCDC（TiDB Change Data Capture）的 Changefeed 功能，将数据变更以事件（event）形式传输至 Pulsar 等中间件，再由 AP（应用程序）服务器监听并处理数据，确保主备库数据一致性，同步延迟通常控制在 20 毫秒以内，满足生产数据实时同步需求。
性能测试结果显示，TiDB 表现出优异的承载能力与稳定性。初始测试中，系统 QPS 可达 800，且能稳定运行 24 小时；随着优化调整，后续并发量提升至 1600 仍能保持高效运转。3 节点部署的 TiDB 集群可支撑 1TB 业务数据存储，且日均新增 30GB 数据的情况下，仍能保障数据处理效率；在 Fold 等对实时性要求极高的系统中，数据同步延迟可进一步控制在 10 毫秒左右，完全满足半导体生产对实时数据处理的严苛要求。
TiDB 使用收益
- 性能显著提升
TiDB 的引入有效解决了此前困扰团队的性能瓶颈。针对大量数据写入耗时过长的问题（曾达2304秒），团队参考 TiDB 官方文档，将单行插入优化为多行插入，从而将 UPDATE 和 INSERT 语句的执行时间大幅缩短至毫秒级。这彻底解决了高并发写入瓶颈，满足了半导体生产高峰期的数据处理需求。依托 TiDB 的水平扩展能力，系统能够轻松应对设备日志、工艺参数等海量生产数据的写入与查询，保障 MES 和 EAP 等子系统的高并发运行。此外，TiDB 的 HTAP（混合事务/分析处理）特性实现了事务与实时分析的混合负载，无需额外进行数据迁移，即可为 SPC（统计过程控制）提供高效数据支撑，助力实时质量分析，提升良品率决策效率。
- 运维体验优化
TiDB 集成的功能显著简化了运维流程。其内置的 Prometheus 监控与 Dashboard 功能，让运维人员无需依赖复杂工具即可完成运行指标监控、问题排查与性能优化。这大幅减少了报表生成与故障处理时间。
- 数据安全与可靠
此外，TiDB 的备份恢复功能操作便捷，降低了数据安全管理难度，使定期备份计划能够轻松落地。集群扩缩容无需中断业务，动态调整资源配置的过程更为高效。
TiDB 为半导体行业保驾护航
CIM 系统对数据库的高并发、实时性、扩展性和高可用性提出了严苛要求，经过验证，TiDB是非常理想的选择：
- 高性能与实时性：对于 MES、EAP 等需要实时处理海量数据、支撑高并发的核心系统，TiDB 是理想的解决方案。其水平扩展能力可以轻松应对设备日志、工艺参数等海量生产数据的实时写入与查询，满足子系统的高并发需求。
- 实时分析一体化：对于 SPC （统计过程控制）等需要同时支持事务处理与实时分析的场景，TiDB 的 HTAP 特性具有更高的适配性。该特性支持事务与分析的混合负载，无需数据迁移即可实现实时质量分析，从而提升良率决策效率。
- 高可用与可靠性：TiDB 采用多副本机制与自动故障恢复功能，确保了 7×24 小时稳定运行。这有助于避免因数据库故障而导致的生产中断，为企业提供了金融级的可靠性保障。
- 国产化适配：平凯数据库（TiDB 企业版）已于 2024 年 9 月首批通过分布式数据库安全可靠测评，契合半导体产业自主化发展的趋势，可帮助企业实现传统数据库替换，有效规避技术封锁风险。
未来展望
TiDB 的成功落地，为半导体生产运营注入了新动能，其优势涵盖了性能提升、运维优化以及技术适配等多个层面。目前，在 8 英寸半导体前端工厂的 CIM 系统中，TiDB 已被全面采纳为主数据库，并且 MES 开发测试环境的迁移工作也已完成，这为未来的大规模应用打下了坚实基础。
展望未来，西安霖云芯创计划重点推进 TiDB 在 12 英寸封装产线的应用，以逐步替代目前主流的 Oracle 数据库。考虑到半导体工厂对数据库稳定性有着极高的要求，西安霖云芯创正通过持续的实践和更多场景的验证，不断打磨和完善一体化解决方案。同时希望与 TiDB 社区携手努力，共同将该解决方案推广至整个半导体产业，最终实现以自主技术全面替代传统国外数据库的目标。