工程師解說(shuō)：一顆芯片出爐的成本法則

　　作為電子產(chǎn)業(yè)鏈上的一員，無(wú)論是芯片的設(shè)計(jì)者，生產(chǎn)者，測(cè)試者，使用者都很想了解清楚一顆芯片的成本究竟由哪幾個(gè)部分構(gòu)成。這里我來(lái)就我的理解簡(jiǎn)要說(shuō)明一下。

　　大的方面來(lái)看：芯片本身單片所包含的成本；芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中所用的花費(fèi)；非一次性的芯片設(shè)計(jì)所需要的設(shè)備和開發(fā)環(huán)境等費(fèi)用。

　　先、重點(diǎn)分析芯片本身單片所包含的成本。這個(gè)部分主要由芯片單片的面積也就是die的面積決定。采用不同的工藝，例如65nm，40nm或者28nm對(duì)應(yīng)的die的面積是不同，同時(shí)對(duì)應(yīng)的wafer的價(jià)格是不同，分配到每片芯片上的硬成本 = 某工藝某foundry對(duì)應(yīng)的wafer的價(jià)格 / 一個(gè)wafer可以切出來(lái)的芯片die的個(gè)數(shù)。

　　其中wafer的價(jià)格本身也是跟芯片設(shè)計(jì)本身的復(fù)雜度相關(guān)的，有多少層的mask，有多少層的metal等等。上述硬成本還需要考慮良率的問(wèn)題。Wafer切出來(lái)之后，良率不同，單片好的die的成本又不同了。例如良率能達(dá)到90%和只能達(dá)到70%，對(duì)于單個(gè)wafer同樣切得900片的好單die的成本就有了9:7的差異。說(shuō)了硬成本和良率，這里還有一個(gè)很重要的事情就是IP。這顆芯片里面有多少IP是買的別人家的，例如ARM。有的IP是一次性支付的，不考慮在芯片單片成本中。但是有的IP例如ARM不僅僅是有NRE的，還有單片每片所需要交的Royalty。這個(gè)Royalty可能是固定的數(shù)目，可能是一個(gè)百分比，不管怎樣，都是直接疊加在單片芯片的成本上的。所以這部分不能小瞧。例如一顆芯片硬成本$1，售價(jià)$2，考慮其中有好幾毛是IP的Royalty喲。這個(gè)IP有的時(shí)候還不僅僅是硬件的部分，還有可能是軟件喲，例如JAVA。所以IP這個(gè)授權(quán)的商業(yè)模式，在單片規(guī)模復(fù)制的過(guò)程中，實(shí)際上不斷地再給授權(quán)方印鈔票喲。（說(shuō)到此處，不免感嘆幾句。

　　如今國(guó)內(nèi)大力發(fā)展集成電路產(chǎn)品，可知咱們的芯片設(shè)計(jì)公司處于的階段基本上都是購(gòu)買一堆IP集成的階段，而主要的IP vendor都是國(guó)外的老牌公司，還是在跟他們打工呀~）芯片die出貨后，需要進(jìn)行封裝和測(cè)試方可得到都好的芯片。封裝和測(cè)試單片的費(fèi)用也應(yīng)該計(jì)入最終芯片成本中。封裝測(cè)試過(guò)程會(huì)修改良率，這個(gè)良率的計(jì)算可以放到這個(gè)階段之后。小結(jié)一下公式如下：?jiǎn)纹酒杀?（某工藝某foundry對(duì)應(yīng)的wafer 的價(jià)格 / 一個(gè)wafer可以切出來(lái)的芯片die的個(gè)數(shù)+封裝和測(cè)試單片的費(fèi)用）/ 良率 + IP的Royalty

　　第二、再簡(jiǎn)要說(shuō)說(shuō)芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中所用的花費(fèi)。首先是設(shè)計(jì)者們的工資了，甚至還有的是外包的design service費(fèi)用，主要也是人頭費(fèi)了。然后是購(gòu)買許多IP所需要的一次性花費(fèi)。又提到IP了，因?yàn)檫@部分可不是小數(shù)目。DDR/USB/GMAC /WIFI/BLUETOOTH等等這些IP都不是花小錢就能買到的，動(dòng)輒幾個(gè)M的人民幣。同樣還是剛才那句感概，究竟誰(shuí)給誰(shuí)打工喲。芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要的花費(fèi)，例如MASK的費(fèi)用，測(cè)試機(jī)臺(tái)設(shè)計(jì)費(fèi)用，封裝設(shè)計(jì)費(fèi)用等等。MASK的設(shè)計(jì)費(fèi)用，跟芯片設(shè)計(jì)直接相關(guān)，采用什么工藝，多少層構(gòu)成等因素。封裝設(shè)計(jì)費(fèi)用也跟設(shè)計(jì)相關(guān)，用什么封裝形式，是否將多個(gè)die封裝在一起等等因素。這些費(fèi)用看起來(lái)是一次性的，加在一次都不是小數(shù)目。這就是為什么一顆芯片如果賣不到百萬(wàn)級(jí)的數(shù)量，芯片設(shè)計(jì)公司一般不敢下決心做。初期大規(guī)模的資金投入才可以得到一顆顆可以復(fù)制的芯片。依靠每顆芯片微薄的利潤(rùn)慢慢地才能將初期投入在幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)的銷量點(diǎn)，才平衡回來(lái)。

　　最后、說(shuō)說(shuō)非一次性的芯片設(shè)計(jì)所需要的設(shè)備和開發(fā)環(huán)境等費(fèi)用。例如芯片前端設(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。這些工具同樣是價(jià)格不菲，且也都來(lái)自那么兩個(gè)巨大的外國(guó)公司。第三次感嘆，為誰(shuí)打工的問(wèn)題。測(cè)試設(shè)備的投入，例如信號(hào)源，頻譜儀，邏輯分析儀。做通信系統(tǒng)芯片的尤其還需要各種系統(tǒng)仿真器等等。跟隨3GPP的版本演進(jìn)，儀器也需要不斷升級(jí)等費(fèi)用。這些花費(fèi)不能完全計(jì)入某一顆芯片的成本中了。但是是現(xiàn)如今芯片設(shè)計(jì)公司也都需要購(gòu)置的。