设计一颗2nm芯片至少要725亿美元！

设计一颗2nm芯片至少要725亿美元！

　　设计一颗2nm芯片至少要725亿美元！

标题芯片设计,芯片设计与制造,芯片设计报告　　如下图所示，在28nm的时候，设计一颗芯片的成本仅为4280万美元。在接下来的的22和16nm，芯片设计成本有稳步上升，但幅度还是可控。到了10nm一下，芯片成本则同步飙升。

　　标题芯片设计,芯片设计与制造,芯片设计报告芯片工艺越来越先进了，今年三星量产了3nm工艺，台积电的3nm也是箭在弦上了，明年就会是3nm的高光时代，2024到2025年则是2nm工艺量产。

　　先进工艺生产出来的芯片性能更强大，能效也更好，但这也不是没有代价的，最大的麻烦就是烧钱，不仅是3nm、2nm工厂建设需要200亿美元以上的资金，哪怕是AMD、NVIDIA、苹果、高通这样的芯片设计公司，开发一款芯片的成本也会越来越高。

　　在前不久的IEDM会议上，Marvell公司公布了一些数据，援引IBS机构分析了各个工艺下芯片开发成本，其中28nm工艺只要4280万美元，22nm工艺需要6300万美元，16nm工艺需要8960万美元。

　　后面的先进工艺开发成本就直线亿美元，而2nm工艺需要的开发资金是7.248亿美元，人民币约合50亿。

　　从Marvell分享的这个图我们可以看到，在芯片设计成本中，软件占了大头，紧随其后的是Verification、Validation、physicical、IP qualification、prototype和architecture。按照上头的展示，本来在28nm的时候，软件就是芯片设计的最巨大的成本，但这种情况在22nm和16nm的时候被扭转了。但进入到了10nm以后，这种情况重新出现。由此可以看到先进工艺给芯片设计产业带来的挑战。

　　根据芯片的制造流程，可以分为主产业链和支撑产业链：主产业链包括芯片设计、制造和封测；支撑产业链包括IP、EDA、装备和材料等。其中，高昂的成本主要由人力与研发费用、流片费用、IP和EDA工具授权费等几部分组成。同时芯片制造环节涉及到的晶圆厂投资、晶圆制造以及相关设备成本也将会分摊到芯片整体成本之中。工艺制程越先进，成本更是随之提高。

　　另一组数据也对此进行了印证，成本价格在很大程度上取决于芯片制程和晶圆尺寸的不同。IC Insights提供的数据显示，每片0.5μ 200mm晶圆代工收入（370美元）与≤20nm 300mm晶圆的代工收入（6050美元）之间相差超过16倍。即使同样是在300mm晶圆尺寸下，≤20nm 相比28nm工艺，成本相差也达到一倍。

　　2018年主要技术节点和晶圆尺寸的每片晶圆代工收入（图源：IC Insights）

　　再反映到芯片成本上，每片CPU的掩膜成本等于掩膜总成本/总产量。如果总体产量小，芯片的成本会因为掩膜成本而较高；如果产量足够大，比如每年出货以亿计，掩膜成本被巨大的产量分摊，可以使每块CPU的掩膜成本大幅降低，使拥有“更贵的制程工艺+更大的产量”属性的CPU，比“便宜的制程工艺+较小的产量”的CPU成本更低。

　　一台EUV光刻机售价超过1亿美元，而且还相当不好买。ASML每推出一代EUV光刻机，新设备的生产能力在稳步提升，但价格自然更高。据披露，ASML第二代EUV光刻机将会是NXE:5000系列，进一步提高光刻精度，原计划2023年问世，现推迟到2025-2026年，而价格预计将突破3亿美元。

　　半导体IP是指在集成电路设计中那些已验证、可复用、具有某种确定功能和自主知识产权功能的设计模块，芯片公司可以通过购买IP实现某个特定功能（例如ARM的Cortex系列CPU、Mali系列GPU IP授权等，其他小的模块也要购买，如音视频编解码器、DSP、NPU...等），这种类似“搭积木”的开发模式可大大缩短芯片的开发周期，在降低芯片设计难度的同时提高性能和可靠性。