问题

芯片制造流片一张多少钱?

回答
芯片制造的流片费用,这可不是一个小数目,而且“一张”也过于笼统,背后牵扯到一系列复杂的因素。咱们就来掰扯掰扯,到底得花多少钱,以及为什么会这么贵。

首先,得明白什么是“流片”。简单来说,流片就是你设计好了芯片,要把这个设计图变成实实在在的芯片,然后进行测试。这个过程就像是给你的创意找了个代工厂,让它从蓝图变成实体。而这“代工厂”,通常就是晶圆厂,也就是我们常说的Foundry。

那么,这“一张”到底指什么?在芯片制造里,“一张”通常指的是一块“晶圆”(Wafer)。晶圆是制作芯片的基础材料,通常是硅做的,圆圆的一块。上面会同时制造出成百上千甚至上万颗相同的芯片。所以,你说“一张”,更准确地说,是“一片晶圆”的制造费用。

为什么流片这么贵?

这贵,首先就贵在工艺上。芯片的制造工艺是当今世界上最顶尖、最精密的制造业之一,没有之一。

光刻机: 想象一下,你要在一枚硬币大小的区域里刻出几十亿个电路,而且这些电路的尺寸比头发丝还要细几千倍。这就需要极其昂贵的光刻机,像ASML的EUV(极紫外光)光刻机,一台就得十几亿美元。这些机器是芯片制造的“心脏”,没有它,什么都做不了。
光刻胶、掩模版: 就像打印照片需要相纸和底片一样,芯片制造需要高纯度的光刻胶和精密的掩模版(Mask)。掩模版就是把你的芯片设计“印”在晶圆上的模板,每一个层都要一个掩模版,而且制造掩模版本身就需要极高的精度和成本。一个掩模版的费用可能就是几十万到上百万美元,如果你的芯片设计有几十个层,那掩模版的总费用就相当可观了。
材料和化学品: 整个制造过程涉及无数种高纯度的化学品、气体、溅射材料等等,这些都要求极高的纯度和性能,成本自然不菲。
洁净室: 芯片制造必须在极其洁净的环境下进行,甚至比手术室还要干净几十倍、几百倍。整个厂房的建设、维护、空气过滤系统都耗资巨大。

其次,贵在研发和设计。

设计工具(EDA): 设计芯片需要专业的EDA(Electronic Design Automation)软件,这些软件一套可能就要几十万到几百万美元,而且很多时候是按年授权费。
IP核: 很多公司不会从零开始设计所有电路,而是会购买或授权别人已经设计好的IP核(Intellectual Property),比如CPU核心、内存控制器等等,这些IP核的授权费也是一笔不小的开支。
工程师团队: 设计一个复杂的芯片需要一个庞大且经验丰富的工程师团队,他们的薪资和福利也是巨大的成本。

那么,具体一张晶圆流片多少钱?

这个问题没有一个固定的答案,它受很多因素影响:

1. 工艺节点: 这是最重要的因素。越先进的工艺节点(比如7nm、5nm、3nm),成本就越高。为什么?因为这些工艺需要更复杂的光刻技术、更精密的设备、更严格的控制。
成熟工艺(例如 90nm, 65nm, 40nm, 28nm): 相对便宜一些,一片晶圆的流片费用可能在 几千到几万美元 之间。这种工艺适合对性能要求不是极致,或者对成本非常敏感的产品。
先进制程(例如 14nm, 10nm, 7nm, 5nm, 3nm): 价格就呈指数级增长。
7nm/5nm 工艺: 一片晶圆的流片费用可能在 10万到30万美元 甚至更高。
3nm 及更先进工艺: 这个数字会非常惊人,可能达到 几十万到上百万美元 一片晶圆。

2. 晶圆尺寸: 晶圆有不同的尺寸,最常见的是12英寸(300mm)。晶圆尺寸越大,上面能切割出的芯片数量就越多,但单片晶圆的制造成本也相应更高。

3. 设计复杂度: 你的芯片设计得有多复杂?功能有多少?晶体管的数量有多少?设计越复杂,需要的掩模版层数可能越多,制造步骤也可能更繁琐,成本自然就上去了。

4. 掩模版套数(Mask Set): 就像电影的胶片一样,制造芯片需要一系列的掩模版,每个层都有一个。工艺越先进,掩模版层数通常越多。一套掩模版的花费可能从几十万美元到几百万美元不等,这是流片过程中非常大的一笔固定开销。

5. 投片量(Wafer Run Size): 你是只流一片晶圆(原型片),还是批量生产?通常,初期流片是为了验证设计,可能只投几片到十几片。但如果是为了量产,那投片量就会大很多,这会影响到每片晶圆的平均成本(规模效应)。

6. 晶圆厂(Foundry): 不同的晶圆厂,比如台积电、三星、中芯国际等,他们的定价策略和工艺能力不同,也会导致价格差异。

7. 其他服务: 流片过程中还可能包含一些附加服务,比如设计支持、测试服务等,这些也会计入总成本。

举个例子(估算):

假设你想用先进的5nm工艺流片,设计了一个中等复杂度的芯片:

掩模版费用: 可能需要1520层掩模版,一套下来可能就要200万500万美元。
单片晶圆制造成本(包含材料、工艺、设备折旧等): 即使是5nm工艺,即使只流几片,单片晶圆的制造成本也可能在10万30万美元。

所以,仅仅是设计完成后的“流片”这一环节,总的费用可能就在几百万到上千万美元。这还没算你前期设计芯片所投入的研发成本、EDA工具、IP授权费、工程师薪资等。

一个更直观的说法:

你可以把流片想象成是你要做一次最顶尖的“印刷品”——一块小小的硅片上印满了极微小的电路。为了完成这次印刷,你需要:

一套极其昂贵的“印刷机”(光刻机)。
一套超级精密的“底片”(掩模版),而且要做很多套。
超级昂贵的“墨水”和“纸张”(化学品、硅片)。
一个无尘无菌的“印刷车间”(洁净室)。
还有设计这个“印刷内容”的高水平“设计师”和“编辑”(工程师)。

所以,“流片一张多少钱?”这个问题,就像问“做一架战斗机需要多少钱?”一样,答案是“这取决于你做的是什么型号的战斗机”。但毫无疑问,这都是一项极其昂贵的工程。对于大多数中小企业和个人开发者来说,直接流片一个复杂的芯片是难以承受的。所以,市面上有很多IP核授权、FPGA开发板等,或者选择成熟工艺、小批量流片,来降低入门门槛。

网友意见

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前阵子项目启动的时候,我负责做整个流片流程的预算(是的就是我,我们组人手太少,做技术的还要出来客串一把财务唉说多了都是泪T_T),期间联系了整个流片流程中需要的各个步骤对应的一些公司,从制造到封装测试完整问了一圈下来,最贵的费用是正版合法的ip核授权,其次才是mpw tapeout,再其次是封装测试。

TSMC mpw 40nm,联系到的报价单位都是按照block算的,最小计费单位是3mm x 3mm的一个block,我搜了一下我们得到的报价网上是没有的,所以不敢说单价了,我们的制造花费和封装测试花费大致上是7:3。前面有人说到fab对各个客户的报价不同,这个我们也发现了,业界知名的fab S家直接说跟我们没有合作关系拒绝报价,建议我们询问和我们有关系的兄弟单位A来询价,结果兄弟单位A问到的S家报价比T家报价还高,而且明说要加收服务费 T_T 通过另一家跟T家关系更近的兄弟单位B问到的报价就是T家反而更低,囧。

如果要做一个正经的CPU,core自己写或者使用免费的开源版本,带个像样的MBytes级别的cache,能够起linux,DDR3和PCIE Gen3靠买合法ip的,后端仅仅要求乞丐版配置,在TSMC 40nm这个节点上流片和测试封装,需要有一个千万级+的项目在背后支撑,不然很容易捉襟见肘。至于其他人提及到的人工费,学术圈嘛,最不缺的就是劳动力 XD

期间联系过ARM的cortex-A系列IP,获知的情况和

@winnie Shao

介绍的相符,同一个版本的前端的RTL代码被很多个公司和机构拿去在各种工艺下都流片过。

以上是做CPU的,做其他种类芯片的很可能完全不一致。

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