芯片成本如何计算？

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1、 芯片成本如何计算？ 芯片在电子学中是一种把电路小型化的方式，主要包括半导体设备，也包括被动组件等，并通常制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜集成电路；另有一种厚膜混成集成电路是由独立半导体设备和被动组件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。集成电路产业的特色是赢者通吃，像 Intel 这样的巨头，巅峰时期的利润可以高达 60%。那么，相对应动辄几百、上千元的 CPU，它的实际成本到底是多少呢？ 先来看看制造过程芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节，其中晶片制作过程尤为的复杂。 精密的芯片其制造过程非常的复杂首先是芯片设计

2、，根据设计的需求，生成的“图样”。1、芯片的原料晶圆晶圆的成分是硅，硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片就是芯片制作具体需要的晶圆。晶圆越薄，生产的成本越低，但对工艺就要求的越高。2、晶圆涂膜晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种。3、晶圆光刻显影、蚀刻该过程使用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。这时可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样

3、剩下的部分就与遮光物的形状一样了，而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。4、搀加杂质 将晶圆中植入离子，生成相应的 P、N 类半导体。具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始，放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层，但复杂的芯片通常有很多层，这时候将这一流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似多层 PCB 板的制作制作原理。更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层，这时候通过重复光刻以及上面流程来实现，形成一个立体的结构。5、晶圆测试经过上面的几道工艺之后，晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针

4、测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的，组织一次针测试模式是非常复杂的过程，这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低，这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。6、封装将制造完成晶圆固定，绑定引脚，按照需求去制作成各种不同的封装形式，这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC 、QFN 等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。7、测试、包装经过上述工艺流程以后，芯片制作就已经全部完成了，这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品，以及包装。芯片的硬件成本

5、构成芯片的成本包括芯片的硬件成本和芯片的设计成本。芯片硬件成本包括晶片成本+掩膜成本+ 测试成本+封装成本四部分（像 ARM 阵营的IC 设计公司要支付给 ARM 设计研发费以及每一片芯片的版税，但笔者这里主要描述自主CPU 和 Intel 这样的巨头，将购买 IP 的成本省去），而且还要除去那些测试封装废片。用公式表达为：芯片硬件成本=（晶片成本+测试成本+封装成本+掩膜成本） / 最终成品率（对上述名称做一个简单的解释，方便普通群众理解，懂行的可以跳过） 从二氧化硅到市场上出售的芯片，要经过制取工业硅、制取电子硅、再进行切割打磨制取晶圆。晶圆是制造芯片的原材料，晶片成本可以理解为每一片芯片

6、所用的材料（硅片）的成本。一般情况下，特别是产量足够大，而且拥有自主知识产权，以亿为单位量产来计算的话，晶片成本占比最高。不过也有例外，在接下来的封装成本中介绍奇葩的例子。封装是将基片、内核、散热片堆叠在一起，就形成了大家日常见到的 CPU，封装成本就是这个过程所需要的资金。在产量巨大的一般情况下，封装成本一般占硬件成本的 5%-25%左右，不过 IBM 的有些芯片封装成本占总成本一半左右，据说最高的曾达到过70%。测试可以鉴别出每一颗处理器的关键特性，比如最高频率、功耗、发热量等，并决定处理器的等级，比如将一堆芯片分门别类为：I5 4460、 I5 4590、I5 4690、I5 4690K

7、 等，之后 Intel 就可以根据不同的等级，开出不同的售价。不过，如果芯片产量足够大的话，测试成本可以忽略不计。掩膜成本就是采用不同的制程工艺所需要的成本，像 40/28nm 的工艺已经非常成熟，成本也低40nm 低功耗工艺的掩膜成本为 200 万美元；28nm SOI 工艺为 400 万美元；28nm HKMG 成本为 600 万美元。不过，在先进的制程工艺问世之初，耗费则颇为不菲在 2014 年刚出现 14nm 制程时，其掩膜成本为 3 亿美元（随着时间的推移和台积电、三星掌握 14/16nm 制程，现在的价格应该不会这么贵）；而 Intel 正在研发的 10nm 制程。根据 Intel

8、 官方估算，掩膜成本至少需要 10 亿美元。不过如果芯片以亿为单位量产的话（貌似苹果每年手机+平板的出货量上亿），即便掩膜成本高达 10 亿美元，分摊到每一片芯片上，其成本也就 10 美元。而这从另一方面折射出为何像苹果这样的巨头采用台积电、三星最先进，也是最贵的制程工艺，依旧能赚大钱，这就是为什么 IC 设计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、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试等步骤需要的成本，以及光刻机、刻蚀机、减薄机、划片机、装片机、引线键合机、倒装机等制造设备折旧成本都被算进测试成本、封装成本、掩膜成本中，就没有必要另行计算了。晶片的成本

9、由于在将晶圆加工、切割成晶片的时候，并不是能保证 100%利用率的，因而存在一个成品率的问题，所以晶片的成本用公式表示就是：晶片的成本= 晶圆的成本 /（每片晶圆的晶片数*晶片成品率）由于晶圆是圆形的，而晶片是矩形的，必然导致一些边角料会被浪费掉，所以每个晶圆能够切割出的晶片数就不能简单的用晶圆的面积除以晶片的面积，而是要采用以下公式：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、单位面积的缺陷数息息相关，晶片的成品率用公司表达为：晶片的成品率=（1+B* 晶片成本/A）的（-A 次方）A 是工艺复杂度，比如某采用 40n

10、m 低功耗工艺的自主 CPU-X 的复杂度为 23 之间；B 是单位面积的缺陷数，采用 40nm 制程的自主 CPU-X 的单位面积的缺陷数值为0.40.6 之间。假设自主 CPU-X 的长约为 15.8mm，宽约为 12.8mm，（长宽比为 37:30，控制一个四核芯片的长宽比在这个比例可不容易）面积约为 200 平方毫米（为方便计算把零头去掉了）。一个 12 寸的晶圆有 7 万平方毫米左右，于是一个晶圆可以放 299 个自主 CPU-X，晶片成品率的公式中，将 a=3， b=0.5 带入进行计算，晶片成品率为 49%，也就是说一个12 寸晶圆可以搞出 146 个好芯片，而一片十二寸晶圆的价

11、格为 4000 美元，分摊到每一片晶片上，成本为 28 美元。芯片硬件成本计算封装和测试的成本这个没有具体的公式，只是测试的价格大致和针脚数的二次方成正比，封装的成本大致和针脚乘功耗的三次方成正比。如果 CPU-X 采用 40nm 低功耗工艺的自主芯片，其测试成本约为 2 美元，封装成本约为 6 美元。 因 40nm 低功耗工艺掩膜成本为 200 万美元，如果该自主 CPU-X 的销量达到 10 万片，则掩膜成本为 20 美元，将测试成本=2 美元，封装成本 =6 美元，晶片成本=28 美元代入公式，则芯片硬件成本= （20+2+6 ）/0.49+28=85 美元自主 CPU-X 的硬件成本为

12、 85 美元。如果自主 CPU-Y 采用 28nm SOI 工艺，芯片面积估算为 140 平方毫米，则可以切割出 495 个 CPU，由于 28nm 和 40nm 工艺一样，都属于非常成熟的技术，切割成本的影响微乎其微，因此晶圆价格可以依旧以 4000 万美元计算，晶片成品率同样以 49%的来计算，一个 12 寸晶圆可以切割出 242 片晶片，每一片晶片的成本为 16 美元。如果自主 CPU-X 产量为 10 万，则掩膜成本为 40 美元，按照封装测试约占芯片总成本的 20%、晶片成品率为 49%来计算，芯片的硬件成本为 122 美元。如果该自主芯片产量为 100 万，则掩膜成本为 4 美元，

13、按照封装测试约占芯片总成本的 20%来，最终良品率为 49%计算，芯片的硬件成本为 30 美元。如果该自主芯片产量为 1000 万，则掩膜成本为 0.4 美元，照封装测试约占芯片总成本的 20%来，最终良品率为 49%计算，芯片的硬件成本 21 美元。显而易见，在相同的产量下，使用更先进的制程工艺会使芯片硬件成本有所增加，但只要产量足够大，原本高昂的成本就可以被巨大的数量平摊，芯片的成本就可以大幅降低。芯片的定价硬件成本比较好明确，但设计成本就比较复杂了。这当中既包括工程师的工资、EDA等开发工具的费用、设备费用、场地费用等等。另外，还有一大块是 IP 费用 如果是自主 CPU 到还好（某自主

14、微结构可以做的不含第三方 IP），如果是 ARM 阵营 IC 设计公司，需要大量外购 IP，这些 IP 价格昂贵，因此不太好将国内外各家 IC 设计公司在设计上的成本具体统一量化。按国际通用的低盈利芯片设计公司的定价策略 8：20 定价法，也就是硬件成本为 8 的情况下，定价为 20，自主 CPU-X 在产量为 10 万片的情况下售价为 212 美元。别觉得这个定价高，其实已经很低了，Intel 一般定价策略为 8：35 ，AMD 历史上曾达到过 8：50. 在产量为 10 万片的情况下，自主 CPU-Y 也采用 8：20 定价法，其售价为 305 美元；在产量为 100 万的情况下，自主 C

15、PU-Y 也采用 8：20 定价法，其售价为 75 美元；在产量为 1000 万的情况下，自主 CPU-Y 也采用 8：20 定价法，其售价为 52.5 美元。由此可见，要降低 CPU 的成本/ 售价，产量至关重要，而这也是 Intel、苹果能采用相对而昂贵的制程工艺，又能攫取超额利润的关键。猎芯网是由深圳市猎芯科技有限公司开发运营的电子元器件 B2B 交易服务平台。于2015 年 7 月上线，总部位于深圳，在北京、香港设有分公司，拥有专业的行业和互联网人才团队，迄今已获得多轮风险投资。猎芯网可以为用户提供涵盖购买、报关、仓储、金融等整个交易环节的全闭环服务；提供免费开放平台，客户可进行自由交易。此外，猎芯网还提供联营、专卖、寄售、供应链金融等服务，极大的提升了效率 ，降低了交易成本。详情请点击 。