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集成电路工业的特征是赢者通吃,像Intel这样的巨子,巅峰时期的赢利能够高达60%。那么,相对应动辄几百、上千元的CPU,它的实际本钱究竟是多少呢?

芯片的硬件本钱构成

芯片的本钱包含芯片的硬件本钱芯片的规划本钱

芯片硬件本钱包含晶片本钱+掩膜本钱+测验本钱+封装本钱四部分(像ARM阵营的IC规划公司要支交给ARM规划研制费以及每一片芯片的版税,但笔者这儿首要描绘自主CPU和Intel这样的巨子,将购买IP的本钱省去),并且还要除掉那些测验封装废片。

用公式表达为:

芯片硬件本钱=(晶片本钱+测验本钱+封装本钱+掩膜本钱)/ 终究成品率

对上述称号做一个简略的解说,便利普通群众了解,在行的能够越过。

从二氧化硅到市场上出售的芯片,要通过制取工业硅、制取电子硅、再进行切开打磨制取晶圆。晶圆是制作芯片的原资料,晶片本钱能够了解为每一片芯片所用的资料(硅片)的本钱。一般情况下,特别是产值足够大,并且具有自主知识产权,以亿为单位量产来核算的话,晶片本钱占比最高。不过也有破例,在接下来的封装本钱中介绍奇葩的比方。

封装是将基片、内核、散热片堆叠在一起,就形成了我们日常见到的CPU,封装本钱便是这个进程所需求的资金。在产值巨大的一般情况下,封装本钱一般占硬件本钱的5%-25%左右,不过IBM的有些芯片封装本钱占总本钱一半左右,听说最高的曾到达过70%。

测验能够鉴别出每一颗处理器的要害特性,比方最高频率、功耗、发热量等,并决议处理器的等级,比方将一堆芯片分门别类为:I5 4460、I5 4590、I5 4690、I5 4690K等,之后Intel就能够依据不同的等级,开出不同的价格。不过,假如芯片产值足够大的话,测验本钱能够忽略不计。

掩膜本钱便是选用不同的制程工艺所需求的本钱,像40/28nm的工艺现已十分老练,本钱也低——40nm低功耗工艺的掩膜本钱为200万美元;28nm SOI工艺为400万美元;28nm HKMG本钱为600万美元。

光刻机掩膜台曝光

不过,在先进的制程工艺面世之初,消耗则较为不菲——在2014年刚呈现14nm制程时,其掩膜本钱为3亿美元(跟着时刻的推移和台积电、三星把握14/16nm制程,现在的价格应该不会这么贵);而Intel正在研制的10nm制程。依据Intel官方预算,掩膜本钱至少需求10亿美元。不过假如芯片以亿为单位量产的话(形似苹果每年手机+平板的出货量上亿),即使掩膜本钱高达10亿美元,分摊到每一片芯片上,其本钱也就10美元。而这从另一方面折射出为何像苹果这样的巨子选用台积电、三星最先进,也是最贵的制程工艺,仍旧能赚大钱,这便是为什么IC规划具有赢者通吃的特性。

像代工厂要进行的光刻、蚀刻、离子注入、金属堆积、金属层、互连、晶圆测验与切开、中心封装、等级测验等过程需求的本钱,以及光刻机、刻蚀机、减薄机、划片机、装片机、引线键合机、倒装机等制作设备折旧本钱都被算进测验本钱、封装本钱、掩膜本钱中,就没有必要另行核算了。

晶圆

晶片的本钱

因为在将晶圆加工、切开成晶片的时分,并不是能确保100%利用率的,因而存在一个成品率的问题,所以晶片的本钱用公式表明便是:

晶片的本钱=晶圆的本钱/(每片晶圆的晶片数*晶片成品率)

一枚芯片的实际本钱是多少?

因为晶圆是圆形的,而晶片是矩形的,必定导致一些边角料会被糟蹋掉,所以每个晶圆能够切开出的晶片数就不能简略的用晶圆的面积除以晶片的面积,而是要选用以下公式:

每个晶圆的晶片数=(晶圆的面积/晶片的面积)-(晶圆的周长/(2*晶片面积)的开方数)

晶片的成品率和工艺复杂度、单位面积的缺点数休戚相关,晶片的成品率用公司表达为:

晶片的成品率=(1+B*晶片本钱/A)的(-A次方)

A是工艺复杂度,比方某选用40nm低功耗工艺的自主CPU-X的复杂度为2~3之间;

B是单位面积的缺点数,选用40nm制程的自主CPU-X的单位面积的缺点数值为0.4~0.6之间。

假定自主CPU-X的长约为15.8mm,宽约为12.8mm,(长宽比为37:30,操控一个四核芯片的长宽比在这个份额可不简单)面积约为200平方毫米(为便利核算把零头去掉了)。一个12寸的晶圆有7万平方毫米左右,所以一个晶圆能够放299个自主CPU-X,晶片成品率的公式中,将a=3,b=0.5带入进行核算,晶片成品率为49%,也便是说一个12寸晶圆能够搞出146个好芯片,而一片十二寸晶圆的价格为4000美元,分摊到每一片晶片上,本钱为28美元。

芯片硬件本钱核算

封装和测验的本钱这个没有详细的公式,仅仅测验的价格大致和针脚数的二次方成正比,封装的本钱大致和针脚乘功耗的三次方成正比。。。。。。假如CPU-X选用40nm低功耗工艺的自主芯片,其测验本钱约为2美元,封装本钱约为6美元。

一枚芯片的实际本钱是多少?

芯片的封装方式,以上两图都较为古老了

因40nm低功耗工艺掩膜本钱为200万美元,假如该自主CPU-X的销量到达10万片,则掩膜本钱为20美元,将测验本钱=2美元,封装本钱=6美元,晶片本钱=28美元代入公式,则芯片硬件本钱=(20+2+6)/0.49+28=85美元

自主CPU-X的硬件本钱为85美元。

假如自主CPU-Y选用28nm SOI工艺,芯片面积预算为140平方毫米,则能够切开出495个CPU,因为28nm和40nm工艺相同,都归于十分老练的技能,切开本钱的影响微乎其微,因而晶圆价格能够仍旧以4000万美元核算,晶片成品率相同以49%的来核算,一个12寸晶圆能够切开出242片晶片,每一片晶片的本钱为16美元。

假如自主CPU-X产值为10万,则掩膜本钱为40美元,依照封装测验约占芯片总本钱的20%、晶片成品率为49%来核算,芯片的硬件本钱为122美元。

假如该自主芯片产值为100万,则掩膜本钱为4美元,依照封装测验约占芯片总本钱的20%来,终究良品率为49%核算,芯片的硬件本钱为30美元。

假如该自主芯片产值为1000万,则掩膜本钱为0.4美元,照封装测验约占芯片总本钱的20%来,终究良品率为49%核算,芯片的硬件本钱21美元。

清楚明了,在相同的产值下,运用更先进的制程工艺会使芯片硬件本钱有所增加,但只需产值足够大,本来昂扬的本钱就能够被巨大的数量平摊,芯片的本钱就能够大幅下降。

芯片的定价

硬件本钱比较好清晰,但规划本钱就比较复杂了。这傍边既包含工程师的薪酬、EDA等开发工具的费用、设备费用、场所费用等等。别的,还有一大块是IP费用——假如是自主CPU到还好(某自主微结构能够做的不含第三方IP),假如是ARM阵营IC规划公司,需求很多外购IP,这些IP价格贵重,因而不太好将国内外各家IC规划公司在规划上的本钱详细一致量化。

按世界通用的低盈余芯片规划公司的定价战略8:20定价法,也便是硬件本钱为8的情况下,定价为20,自主CPU-X在产值为10万片的情况下价格为212美元。别觉得这个定价高,其实现已很低了,Intel一般定价战略为8:35,AMD历史上曾到达过8:50。

在产值为10万片的情况下,自主CPU-Y也选用8:20定价法,其价格为305美元;

在产值为100万的情况下,自主CPU-Y也选用8:20定价法,其价格为75美元;

在产值为1000万的情况下,自主CPU-Y也选用8:20定价法,其价格为52.5美元。

由此可见,要下降CPU的本钱/价格,产值至关重要,而这也是Intel、苹果能选用相对而贵重的制程工艺,又能攫取超额赢利的要害。

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【转自 半导体职业调查】

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