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芯片硬件成本计算 一文了解芯片制造过程及硬件成本

http://www.ec.hc360.com2017年05月03日08:37 来源:网络整理T|T

    晶片的成本

    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是单位面积的缺陷数,采用40nm制程的自主CPU-X的单位面积的缺陷数值为0.4~0.6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。

一文了解芯片制造过程及硬件成本

一文了解芯片制造过程及硬件成本

    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85美元。

    如果自主CPU-Y采用28nmSOI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,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CPU-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。

责任编辑:李嘉

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