研發(fā)一款7nm工藝的5G芯片的成本到底有多高

昨天，聯(lián)發(fā)科（MediaTek）曝光了其首款集成5G調(diào)制解調(diào)器的7nm SoC，采用ARM Cortex-A77 CPU 核心、以及 Mali-G77 GPU。

據(jù)了解，MTK 首顆 5G SoC 采用了臺積電的 7nm 制程，集成了聯(lián)發(fā)科自家的 Helio M70 調(diào)制解調(diào)器。

這款基帶支持 6GHz 以下的 5G NR 頻譜、高達(dá) 2x 的載波聚合、以及獨(dú)立 / 非獨(dú)立的 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。全球首款采用先進(jìn)7nm工藝的5G 芯片，在極小的封裝中實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能。高速吞吐：峰值吞吐量達(dá)到4.7Gps下載速度（Sub-6GHz頻段），支持新空口（NR）二分量載波（CC），支持非獨(dú)立（NSA）與獨(dú)立（SA）5G組網(wǎng)架構(gòu)。強(qiáng)大的多媒體與影像性能：支持60fps的4K視頻編碼/解碼，以及超高分辨率攝像機(jī)（80MP）。

那么研發(fā)一款類似的芯片需要多少錢？

芯片代工行業(yè)在制程邁入10nm以內(nèi)后，面臨的成本壓力也越來越高。據(jù)SemiEngineering報(bào)道，IBS的測算顯示，10nm芯片的開發(fā)成本已經(jīng)超過了1.7億美元，7nm接近3億美元，5nm超過5億美元。如果要基于3nm開發(fā)出NVIDIA GPU那樣復(fù)雜的芯片，設(shè)計(jì)成本就將高達(dá)15億美元。而上面所提到的聯(lián)發(fā)科開發(fā)的是一款既有ARM CPU又有基帶處理部分的SoC芯片，上面用到了眾多的IP核和復(fù)雜的異構(gòu)工藝部分，甚至比NVIDIA GPU還要復(fù)雜。我們試著分析一下成本。

1、流片費(fèi)用：7nm FinFET工藝流片費(fèi)用約3000萬美金（參考下面麒麟990流片費(fèi)用，同時(shí)兼顧考慮聯(lián)發(fā)科與臺積電同屬***地區(qū)，可能有優(yōu)惠），合2億人民幣；根據(jù)業(yè)內(nèi)人士@手機(jī)晶片達(dá)人在微博上的爆料稱，麒麟990處理器目前正在用臺積電7nm Plus EUV的工藝設(shè)計(jì)中，預(yù)計(jì)將在明年第一季流片。同時(shí)這位業(yè)內(nèi)人士還表示，此次麒麟990處理器僅流片費(fèi)用就高達(dá)3000萬美金，足以表明華為的決心。

上面提到的FinFET工藝，其實(shí)就是華人科學(xué)家胡正明教授發(fā)明的（胡正明教授還提出了著名的BSIM模型）。也是為了解決芯片做到更小尺寸的一種方法，據(jù)說16nm FinFET工藝的價(jià)格，不管芯片的面積有多大，起步價(jià)500萬美金。

2、IP授權(quán)購買費(fèi)：主要是購買了ARM最新的Cortex-A77CPU、Mali-G77GPU授權(quán)，估計(jì)其他一些小的模塊應(yīng)該也有購買的，如音視頻編解碼器什么的。按生命周期5000萬顆算，各種ip授權(quán)購買費(fèi)按每顆40元算，這大概20億。單ARM CPU授權(quán)一項(xiàng)，據(jù)悉，每次約1億美金。

3、自研部件費(fèi)用：聯(lián)發(fā)科這款5G SoC 集成了自研的最先進(jìn)的獨(dú)立AI處理單元APU完全保證用戶對于5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下手機(jī)的使用需求。除比較復(fù)雜的APU外，自研部件還包括多模通訊基帶（2G3G4G5G等），相機(jī)isp，各種控制開關(guān)，微核等。這部分很難估算，而且是長期的研發(fā)的成果。這部分成本暫復(fù)算為10億人民幣。

4、高通專利費(fèi)：按5000萬顆算，每顆交10元，合5億人民幣。

5、研發(fā)工程師工資獎(jiǎng)金。1000名工程師每年按50萬計(jì)算，3年合計(jì)15億。

以上各項(xiàng)共計(jì)2+20+10+5+15=52億人民幣。而這些還不包括架構(gòu)開發(fā)，生態(tài)構(gòu)建等的費(fèi)用。

也許大家覺得這種復(fù)雜的SoC芯片比較特殊，需要花費(fèi)的成本價(jià)當(dāng)然比較高。那么咱們可以看一下一款普通的NAND FLASH控制器芯片需要多少錢才能開發(fā)出來？

研發(fā)一款商用的普通NAND FLASH接口控制器芯片需要多少錢？

大家知道，NAND FLASH控制器芯片其實(shí)功能很單一，僅僅只是通過PCIe接口按照NVMe之類的協(xié)議來把指令交給FLASH芯片，同時(shí)把數(shù)據(jù)在HOST主機(jī)和FLASH芯片及DDR上搬來搬去而已。

下圖來自于實(shí)際商用NAND FLASH產(chǎn)品宣傳時(shí)的PPT，從圖中可以看出，開發(fā)一顆NAND FLASH主控芯片前期投入（軟件、硬件、IP及人力和時(shí)間費(fèi)用，軟件工具費(fèi)，設(shè)計(jì)服務(wù)費(fèi)及儀器測試費(fèi)用等）的開發(fā)費(fèi)用折合人民幣約為1.35億人民幣，而后期流片、封測等費(fèi)用為2200萬元人民幣，共計(jì)約1.57億人民幣。

2018年，NAND Flash正式進(jìn)入3D制程發(fā)展，其相關(guān)控制芯片之晶圓制造制程則在近兩年正式進(jìn)入1x納米時(shí)代，因此NAND Flash控制芯片的設(shè)計(jì)愈加復(fù)雜、所需要運(yùn)用的人力及資金等資源耗費(fèi)較市場成長的幅度高，以目前全球PCIe規(guī)格效能跑分評鑒最佳的群聯(lián)電子SSD控制芯片PS5012-E12來看，該顆芯片的成功除了累積數(shù)十年的功力外，在研發(fā)人力、時(shí)間、設(shè)計(jì)工具、晶圓先進(jìn)制程光罩費(fèi)、3D NAND驗(yàn)證費(fèi)…等等資源全數(shù)換算為可被評價(jià)的費(fèi)用，總計(jì)超過1.55億人民幣。

有同學(xué)可能說，如果做更簡單的芯片呢？沒有上面所說的購買IP、人力成本、甚至軟件成本都不考慮，自己寫RTL代碼，自己做后端版圖，那么剩下的最大的成本恐怕就剩下流片了。當(dāng)然，這種情況在高校和一些研究機(jī)構(gòu)可能存在。軟件工具如果按照市場價(jià)格從仿真、綜合到后端布局布線，每一步驟都有相應(yīng)的軟件，而這些軟件LICENSE的使用費(fèi)用（主要是Cadence和Synopsys等之類的工具），每一種半年的LICENSE使用費(fèi)用都在100萬人民幣以上（只是一個(gè)key的價(jià)格，多個(gè)人還需要買多個(gè)）。 所以，從上面的兩個(gè)例子來看，華為海思十年間在芯片上投入的資金就達(dá)到3940個(gè)億，這個(gè)近4000億的投資多嗎？

不多。

流片費(fèi)用是成本里較大的組成部分

工藝進(jìn)入28nm后，芯片的流片成本成指數(shù)級增長?！叭绻f2014年開一個(gè)28nm的芯片200-300萬美元對很多公司來說已是不堪重負(fù)，那么，未來，開一款16nm的芯片成本將在千萬美元左右，而開一款10nm的芯片，從現(xiàn)在各項(xiàng)投入來看，可能需要達(dá)到1.3億美元。”在“2014上海FD- SOI論壇”上，芯原微電子公司技術(shù)市場和應(yīng)用工程師資深總監(jiān)汪洋說道。不過，盡管如此昂貴，他透露國內(nèi)仍有一些真土豪提出要開16nm的芯片，主要是那些為挖金幣而定制的處理器芯片。

幾年前，采用不太先進(jìn)的16nm工藝，流片費(fèi)用需要1500萬美金以上。

如果是這兩年，采用7nm的工藝，流片費(fèi)用需要準(zhǔn)備1-3億美金以上。

而十年前，海思給出的平均每顆商用芯片的研發(fā)成本僅為4000萬人民幣。

這里面有太多太多的原因。要研制出一塊芯片很容易，但是要在控制溫度、成本以及功耗的情況下實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，卻不是一件容易的事，換句話來說，就是芯片制造一共有兩個(gè)難點(diǎn)，首先就是在試驗(yàn)階段投入的資金非常的高昂，一次大概需要10萬塊錢，從設(shè)計(jì)到加工的過程中走過的工序差不多就有3000到5000道，而且一次耗費(fèi)的時(shí)間差不多就是一年，在時(shí)間和金錢的制約下，對于其精度的要求是極其的高。其次就是排錯(cuò)難度大，雖然芯片看上去的體積非常小，但是在上面卻分布著數(shù)億個(gè)晶體管，可以被檢測出來的信號最多也就只有幾百條，能夠看到如果哪條晶體管出了差錯(cuò)，那都是難上加難！除了這些技術(shù)方面的原因之外，還有國際因素，因?yàn)橛袑＠麢?quán)和出口協(xié)定的管控，因此我們想從一些擁有芯片技術(shù)的老牌國家中獲取先進(jìn)的技術(shù)根本是不可能的事情，而且中國每年進(jìn)口一臺相關(guān)的儀器，其中的專利費(fèi)就高得嚇人，像前段時(shí)間買入中國的阿斯麥光刻機(jī)，一臺價(jià)值就要8億元！

當(dāng)然，如果想辦法，做芯片還是有不少省錢的辦法的。不用買IP，在高校里面找廉價(jià)的學(xué)生來設(shè)計(jì)（沒有研發(fā)成本），租用高校里面的EDA工具，自己從RTL代碼一直坐到GDSII，再采用便宜的MPW，選擇非常古老的工藝線，不用量產(chǎn)，僅做做實(shí)驗(yàn)，那么計(jì)算下來一顆芯片流片一次的費(fèi)用也至少需要幾十萬元人民幣。如果是項(xiàng)目要用的稍微復(fù)雜一點(diǎn)的芯片，那么一次流片至少也需要幾百萬人民幣。如果一次流片后還有BUG，再流片的話還得花費(fèi)五六百萬，如此反復(fù)的燒錢。

可做芯片成本這么高，聽說有的地方的學(xué)生學(xué)一門課，然后全班的學(xué)生都可以自己做出來一顆芯片來交作業(yè)？

高校里上一門課然后布置所有學(xué)生都做出一顆芯片的作業(yè)現(xiàn)實(shí)中存在嗎？

是存在的。

有人曾經(jīng)看到過***的大學(xué)芯片專業(yè)的學(xué)生全班同學(xué)都可以流片，好像覺得流片跟做個(gè)PCB板子差不多一樣，其實(shí)不是這樣的。***有個(gè)組織叫CIC（國研院晶片中心），只針對***的業(yè)界、學(xué)術(shù)界有優(yōu)惠，CIC設(shè)立的初衷就是為***的IC產(chǎn)業(yè)提供良好的服務(wù)和保障，TSMC 28nm工藝的，小面積下大約是23.5萬人民幣每平方毫米；45nm大約是12萬人民幣每平方毫米（CIC公開報(bào)價(jià)）。其實(shí)毫米非常小，做芯片隨隨便便就有N個(gè)平方毫米。前面所說的全班都可以流片的就是TSMC的180nm工藝線（教育線），比如平時(shí)大學(xué)本科的模電課，一學(xué)期上完了，全班都可以申請流片做個(gè)放大器什么的，畢業(yè)設(shè)計(jì)就更不用說了。這個(gè)教育線在***地區(qū)幾乎是免費(fèi)的。所以，幾乎可以人人做芯片，這也是為什么***地區(qū)的芯片設(shè)計(jì)和制造比較厲害的關(guān)鍵原因。

這種把流片當(dāng)做跟吃飯一樣隨便的地方澳門也有。

比如，IEEE fellow，IET fellow、中國科學(xué)院海外特聘專家，現(xiàn)任澳門大學(xué)教授、微電子研究院副院長、模擬與混合信號超大規(guī)模集成電路國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任麥沛然教授課題組。

3年21篇ISSCC頂級會議論文，憑什么？

除了自身實(shí)力之外，憑的就是不斷的流片實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)積累。培養(yǎng)幾屆學(xué)生專盯某一個(gè)具體的點(diǎn)，工作具有良好的延續(xù)性。精心設(shè)計(jì)，用先進(jìn)工藝，測試結(jié)果的優(yōu)勢就出來了。而且，芯片小，一個(gè)學(xué)生就可以負(fù)責(zé)一顆，一方面可以用心打磨，另一方面可以快速出多篇優(yōu)化方案。選擇小點(diǎn)突破，為工程準(zhǔn)備預(yù)案。如果咱們也有這樣的環(huán)境和條件，流片如吃飯般容易，是否也可以做成這種效果？仔細(xì)想想，似乎不難，就針對某種電路往死里優(yōu)化，先仿真出來，再去流片驗(yàn)證，是不是也不難??？電路結(jié)構(gòu)千千萬，即便是數(shù)字的，如果有這種燒錢的條件，肯定會有一兩個(gè)點(diǎn)會突破的。難就難在流片費(fèi)用太高，資金不足。

說實(shí)話，大陸高校里面每年能有一兩次流片機(jī)會的高校都屈指可數(shù)，更別提如上面的例子中根據(jù)需要盡情的流片的高校是完全不存在。當(dāng)然，國內(nèi)還是有不少渠道能夠減免一些流片費(fèi)用的，比如去年中興事件后，各地政府部門出臺的一些扶植芯片的政策，有的地方甚至可以申請免費(fèi)流片（其實(shí)費(fèi)用是政府部門出了）。

希望今后大陸的集成電路制造業(yè)也能夠飛速發(fā)展，至少讓教育界的老師和學(xué)生們能夠?qū)崿F(xiàn)“流片自由”。

附錄：芯片是一層一層長出來的

CPU芯片的成本構(gòu)成是這個(gè)樣子滴

1、晶片成本

要制造CPU，第一步是制造晶圓（將晶圓切成小片后即可得到晶片）。晶圓的成分是硅，是地殼內(nèi)第二豐富的元素（沙子的主要成分就是二氧化硅）。制取晶圓分為三個(gè)步驟：

一是制取電子級硅。通過碳和二氧化硅在電弧熔爐中反應(yīng)得到冶金級硅，再對其進(jìn)一步提純，將粉碎的冶金級硅與氣態(tài)的氯化氫進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到電子級硅，其純度高達(dá)99.999999%。

二是制取硅錠。將電子級硅放在石英坩堝中，并用石墨包圍不斷加熱，溫度維持在大約1400℃，爐中充斥著惰性氣體，使電子級硅熔化的同時(shí)，不會因化學(xué)反應(yīng)而摻雜雜質(zhì)。

隨后將一顆籽晶浸入坩堝中，由拉制棒帶著籽晶與坩堝旋轉(zhuǎn)方向逆向旋轉(zhuǎn)，采用旋轉(zhuǎn)拉伸法緩慢將籽晶垂直拉出，熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，最終得到圓柱體的硅錠。

三是切割圓晶。將得到的硅錠橫向切割成圓形的單個(gè)硅片，然后進(jìn)行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡。

目前，國際主流采用的是12英寸晶圓。就國內(nèi)而言，中芯國際和華力微都有12英寸晶圓廠，英特爾、三星、海力士等公司在大陸也有12英寸晶圓廠。

雖然12英寸晶圓廠的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于8英寸晶圓廠，但是晶圓尺寸越大，意味著單片晶圓能夠切割出的芯片越多，芯片成本也就越低。 在設(shè)備成本被以億為單位的芯片出貨量平攤后，采用尺寸更大的晶圓，不僅芯片價(jià)格可以更具競爭力，還能以細(xì)水長流的方式獲取更多利潤。

因此，晶片成本就是以二氧化硅制取晶圓所耗費(fèi)的資金分?jǐn)偟矫恳黄蟮某杀?，可以簡單理解為每一片芯片所用的材料（硅片）的成本?/p>

2、掩膜成本

在得到晶圓后，要制造CPU，還要進(jìn)行以下步驟：

一是濕洗。用各種化學(xué)藥劑清洗晶圓，確保晶圓表面沒有雜質(zhì)。

二是光刻。使用光刻機(jī)將激光光束穿透畫著線路圖的掩膜，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將電路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅晶片上的電路圖。

光刻示意圖。最上方的是掩膜，中間的是物鏡，用來補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，最后將電路圖成比例縮小后映射到硅片上。

三是離子注入。在硅晶片不同的位置嵌入不同的物質(zhì)，進(jìn)而形成場效應(yīng)管（晶體管）。

四是蝕刻。使用刻蝕機(jī)將晶片上多余的部分去掉，得到所想要的結(jié)構(gòu)。

五是等離子沖洗。用較弱的等離子束轟擊整個(gè)芯片，達(dá)到清潔的效果。

六是熱處理。瞬間把晶圓加熱到1200攝氏度以上，然后慢慢地冷卻下來，使得注入的離子能更好地被啟動以及熱氧化，并在晶片中形成場效應(yīng)管的柵極。

七是氣相淀積。通過物理、化學(xué)氣相淀積設(shè)備進(jìn)一步精細(xì)處理晶片表面，并給晶片鍍膜。

八是電鍍、化學(xué)、機(jī)械表面處理。

因此，掩膜成本就是晶片加工成本以及光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、物理、化學(xué)氣相淀積設(shè)備的折舊成本等等。掩膜成本的高低和制程工藝的關(guān)系非常大，像40/28nm的工藝已經(jīng)非常成熟，成本也低，40nm低功耗工藝的掩膜成本為200余萬美元;28nm SOI工藝為400萬多美元;28nm HKMG成本為600多萬美元。

但在最新的制程工藝問世之初，耗費(fèi)則頗為不菲。在2014年剛出現(xiàn)14nm制程時(shí)，曾有消息稱其掩膜成本為3億美元。

當(dāng)然，隨著時(shí)間的推移和臺積電、三星掌握14/16nm制程，現(xiàn)在的價(jià)格應(yīng)該不會這么貴。英特爾正在研發(fā)的10nm制程，根據(jù)英特爾官方估算，掩膜成本至少需要10億美元。

新制程工藝之所以貴，一方面是貴在新工藝高昂的研發(fā)成本和偏低的成品率，另一方面也是因?yàn)楣饪虣C(jī)、刻蝕機(jī)等設(shè)備的價(jià)格異常昂貴。

以前道光刻機(jī)為例，國內(nèi)商業(yè)化量產(chǎn)依舊停滯在90nm，40/65nm的光刻機(jī)雖然取得技術(shù)突破，但依舊沒有商業(yè)化量產(chǎn)，有可能還處于實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)。

中芯國際、華力微等晶圓廠的28nm光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口，而且價(jià)格頗為不菲——ASML主流技術(shù)水平的光刻機(jī)售價(jià)為幾千萬美元，最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)問世時(shí)售價(jià)曾高達(dá)1億美元……

光刻機(jī)

每片CPU的掩膜成本=掩膜總成本/總產(chǎn)量，因此，如果產(chǎn)量小，CPU的成本會因?yàn)檠谀こ杀径^高，只要產(chǎn)量足夠大，比如每年出貨以億計(jì)，掩膜成本被巨大的產(chǎn)量分?jǐn)偟轿⒑跗湮ⅰ?3、封測成本

晶圓倒裝機(jī)

在晶片完成上述光刻、刻蝕等步驟后，還需要用后道光刻機(jī)、減薄機(jī)、劃片機(jī)、裝片機(jī)、引線鍵合機(jī)、倒裝機(jī)等制造設(shè)備給晶片裝個(gè)殼，將之前加工好的晶片和基片、散熱片堆疊在一起，最終形成我們?nèi)粘Ｒ姷降乃乃姆椒?、帶針腳和商標(biāo)的CPU。

封裝成本就是這個(gè)過程所需要的資金。在產(chǎn)量巨大的一般情況下，封裝成本一般占硬件成本的5%-25%左右，不過IBM的有些芯片封裝成本占總成本一半左右，據(jù)說最高曾達(dá)到過70%.。..。.

測試可以鑒別出每一顆處理器的關(guān)鍵特性，比如最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器的等級，比如將一堆芯片分門別類為：i54460、i54590、i54690、i54690K等，之后英特爾就可以根據(jù)不同的等級，開出不同的售價(jià)。如果芯片產(chǎn)量足夠大的話，測試成本在CPU總成本的占比可以忽略不計(jì)。

以已經(jīng)非常成熟的40nm低功耗工藝為例，采用該制程工藝的CPU，其測試成本約為2美元，封裝成本約為6美元。

4、設(shè)計(jì)成本

設(shè)計(jì)成本主要包括專利成本、開發(fā)工具成本、工程師工資和場地費(fèi)用等。

一是專利成本。目前，國內(nèi)只有像龍芯、申威等少數(shù)走獨(dú)立自主技術(shù)路線的IC設(shè)計(jì)公司可以做到自己設(shè)計(jì)的CPU/微結(jié)構(gòu)不含第三方IP，比如申威411、申威1621，龍芯3A2000/3B2000/3A3000/3B3000，以及微結(jié)構(gòu)GS464E皆不含第三方IP。而國內(nèi)其他IC設(shè)計(jì)公司基本上還處于購買國外IP做集成的階段，主要的IP供應(yīng)商都是國外公司。

以海思、展訊、聯(lián)芯、全志、瑞芯微、新岸線等ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司為例，這些公司無一例外依賴于ARM的IP授權(quán)——海思的麒麟950就購買了ARM Cortex A53和A72，不僅要一次性支付一筆不菲的授權(quán)費(fèi)，而且每生產(chǎn)一片芯片，還要支付一定的專利費(fèi)……

這種購買IP授權(quán)的商業(yè)模式，實(shí)際效果是ARM猶如開啟了印鈔機(jī)，而國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司只能賺一點(diǎn)辛苦錢，直接導(dǎo)致國內(nèi)ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司“操的是賣白粉的心，賺的是賣白菜的錢”。

二是開發(fā)工具成本。要設(shè)計(jì)CPU就離不開EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）工具的輔助，比如前端設(shè)計(jì)的仿真環(huán)境，低功耗流程設(shè)計(jì)工具，時(shí)序仿真工具，芯片后端設(shè)計(jì)的工具等等。

要購買這些EDA工具，同樣耗費(fèi)頗為不菲，特別是國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司的EDA工具大多數(shù)都依賴于國外公司的情況下（國內(nèi)研發(fā)EDA工具做的最好的是華大九天，但市場份額比較小）。

三是工程師的工資等成本。像IBM、AMD、Marvell等IC設(shè)計(jì)公司中，有5年以上經(jīng)驗(yàn)的工程師的月薪在25K-50K之 間，國內(nèi)海思、展訊、聯(lián)芯有5年以上經(jīng)驗(yàn)的工程師的月薪也在15K-30K之間。

假設(shè)一個(gè)IC設(shè)計(jì)公司有500人（英特爾公司有約10萬員工），每個(gè)員工以月薪20K計(jì)算，光工資成本一年就需要1.2億元……

四是其他成本。比如公司場地租用、宣傳營銷、行政開銷等零零碎碎的成本開銷，這些開銷因各個(gè)公司的情況有所不同，而且有的差距會非常大。

國產(chǎn)CPU售價(jià)為何居高不下

為了形象地解釋這個(gè)問題，我們假設(shè)兩款國產(chǎn)CPU：CPU-X和CPU-Y。

首先看晶片成本。

假設(shè)CPU-X采用40nm制程，芯片面積200平方毫米;CPU-Y采用28nm制程，芯片面積140平方毫米（制程越小，晶片面積越?。?。

一片12寸晶圓價(jià)格為4000美元，面積約為7萬平方毫米。經(jīng)計(jì)算可以得出，一片12寸晶圓可以切割出299個(gè)CPU-X或495個(gè)CPU-Y（40/28nm技術(shù)已經(jīng)非常成熟，切割成本差異非常小，就忽略不計(jì)了）。

由于在將晶圓加工、切割成晶片的時(shí)候，并不能保證100%成果，因而存在一個(gè)成品率的問題，以49%的成品率計(jì)算，一片12寸晶圓可以切出146個(gè)符合良品標(biāo)準(zhǔn)CPU-X或242個(gè)CPU-Y，最后12寸晶圓的價(jià)格/切割出的成品晶片，可以得出結(jié)論： 采用40nm制程的CPU-X的晶片成本為27.3美元;采用28nm制程的CPU-Y的晶片成本為16.5美元。

可以看出，采用更先進(jìn)的制程，能夠有效降低晶片成本。

其次看掩膜成本。

上文已經(jīng)提到過40/28nm的工藝已經(jīng)非常成熟，40nm低功耗工藝的掩膜成本約為200萬多美元。如果CPU-X的產(chǎn)量為10萬片，則分?jǐn)偟矫恳黄珻PU上的成本為20美元;如果CPU-X的產(chǎn)量為100萬片，則分?jǐn)偟矫恳黄珻PU上的成本為2美元;如果CPU-X的產(chǎn)量為1000萬片，則分?jǐn)偟矫恳黄珻PU上的成本為0.2美元; 28nm HKMG掩膜成本為600多萬美元，如果CPU-Y的產(chǎn)量為10萬片，則分?jǐn)偟矫恳黄珻PU上的成本為60美元;如果CPU-Y的產(chǎn)量為100萬片，則分?jǐn)偟矫恳黄珻PU上的成本為6美元;如果CPU-Y的產(chǎn)量為1000萬片，則分?jǐn)偟矫恳黄珻PU上的成本為0.6美元。

由此可見，在使用相同工藝的情況下，隨著CPU的產(chǎn)量增加，CPU的掩膜成本會逐步降低，如果產(chǎn)量以億為單位，即便使用最昂貴的14/16nm制程工藝，其掩膜成本也可以被壓縮到3美元以內(nèi)。

再次看封測成本。

封裝成本一般占硬件成本的5%-25%左右，之前講過，比如CPU-X采用非常成熟的40nm制程，其測試成本約為2美元，封裝成本約為6美元。

最后看設(shè)計(jì)成本和其他成本。

設(shè)計(jì)成本非常不好量化，因?yàn)楦骷襂C設(shè)計(jì)公司員工數(shù)量不同，購買IP的耗費(fèi)、購買EDA工具的成本各異。其他成本同樣不好量化，各家公司場地租用、宣傳營銷、行政開銷等所耗費(fèi)的資金差距非常大。 由于設(shè)計(jì)成本和其他成本非常不好量化，筆者按國際通用的低盈利芯片設(shè)計(jì)公司的定價(jià)策略8：20定價(jià)法來計(jì)算最后的售價(jià)，也就是硬件成本為8的情況下，定價(jià)為20（在不購買國外IP的情況下，一般能做到這個(gè)定價(jià)）。 別覺得這個(gè)定價(jià)高，其實(shí)已經(jīng)比較低了，英特爾一般定價(jià)策略為8：35，AMD歷史上曾達(dá)到過8：50……

CPU硬件成本包括晶片成本+掩膜成本+測試成本+封裝成本四部分。 如果CPU-X的產(chǎn)量達(dá)到10萬片，則掩膜成本為20美元，加上27.3美元的晶片成本和8美元的封測成本，其硬件成本為55.3美元，采用8：20定價(jià)法，其售價(jià)為138.25美元。如果將CPU-X的產(chǎn)量達(dá)到100萬片，其硬件成本為37.3美元，采用8：20定價(jià)法，其售價(jià)為93.25。如果CPU-Y的產(chǎn)量為10萬片，則掩膜成本為60美元，之前計(jì)算過晶片成本為16.5美元，加上封測成本，那么硬件成本為85美元左右，采用8：20定價(jià)法，其售價(jià)為212.5美元。如果CPU-Y的產(chǎn)量為100萬片，則掩膜成本為6美元，硬件成本約為30美元，其售價(jià)約為75美元。

顯而易見，雖然使用更先進(jìn)的制程會導(dǎo)致掩膜總成本提升，但卻可以降低晶片成本。

而只要產(chǎn)量足夠大，就可以使每片CPU的掩膜成本大幅降低，使擁有“更貴的制程工藝+更大的產(chǎn)量”屬性的CPU，會比擁有“便宜的制程工藝+較小的產(chǎn)量”屬性的CPU的成本更低，特別是在產(chǎn)量相差100倍的情況下，成本上的差距會猶如鴻溝。 那國產(chǎn)CPU的產(chǎn)量為何上不去呢？

像龍芯、申威等自主CPU，由于另起爐灶，自建技術(shù)體系，必然和現(xiàn)有的Wintel（微軟+英特爾）體系不兼容，在PC市場被Wintel壟斷的情況下，自然導(dǎo)致市場化進(jìn)程步履維艱。

而兆芯雖然同樣采用X86指令集，可以跑Windows，不存在軟件生態(tài)問題，但在技術(shù)上完全依賴于威盛公司，自然提高了成本，加上性能孱弱，不具備市場競爭力——即便一味擴(kuò)大產(chǎn)能，也只能是產(chǎn)量越大，虧得越多，所以只能在黨政軍市場尋求機(jī)會，產(chǎn)量自然非常有限。

總之，拋開國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司和英特爾在設(shè)計(jì)能力的差距不談，單純講制程工藝和產(chǎn)量對性能和成本的影響，在國產(chǎn)CPU產(chǎn)量非常小的情況下，即便使用非常便宜的制程工藝流片，依舊導(dǎo)致其成本比英特爾的CPU要高，價(jià)格也更貴。 而英特爾則可以依靠市場的壟斷地位，即便使用了最貴的制程工藝，以龐大的產(chǎn)量壓低成本，攫取超額利潤，使自己的利潤率高達(dá)60%。