1萬
一家Fabless（芯片設計公司）在芯片研發(fā)上的開銷大頭大概有這么幾樣：購買IP、EDA工具、芯片設計人力成本、芯片流片費用。
今天主要討論的是芯片流片方面的費用。
最便宜的ASIC流片成本需要幾十萬一次，但隨著半導體工藝的升級，芯片設計和流片費用都要呈指數(shù)級增長。
180nm的流片成本大概是50W元，55nm的成本在200W元，16nm成本就飆升到了3000W - 5000W元，到了7nm最低也要過億。
晶圓加工廠的“點沙成金術”，究竟值錢在哪里？
晶圓代工
最近，Revegnus在推特曝光了臺積電目前晶圓以及先進工藝芯片代工價的表單。其中，臺積電最先進的制程3nm今年報價每片晶圓19865美元。
圖片來源：The Information Network
從臺積電晶圓代工價格上看：
· 90nm制程2004年第四季度量產(chǎn)，每片晶圓報價1650美元；
· 28nm于2011年第四季度量產(chǎn)，每片晶圓報價2891美元；
· 5nm制程2020年第一季度量產(chǎn)，每片晶圓報價為16988美元。相比7nm制程的7016美元，5nm價格上漲81.77%。
最先進的3nm制程，今年的報價為每片19865美元，折合人民幣大概14.2萬。
如果僅僅是計算晶圓代工價格，顯然是達不到百萬千萬、乃至上億的級別的。
那芯片流片為何又是動輒上百萬上千萬的花銷？這里就不得不提到掩模板制作了。
掩模板
在整個流片過程中，晶圓（wafer）和掩模板（mask）是花費最高的兩項。其中，掩模板的費用還要遠遠高于晶圓。
什么是掩模板？我們要先理解晶圓加工的過程。
晶圓加工就是把芯片設計版圖（包括形狀、尺寸、層次等）復制到一塊半導體硅片上，其原理類似于膠片照相機的成像和沖洗過程。而掩模，就相當于照相底片。
掩模是光刻過程中原始圖形的載體，光刻會通過曝光和顯影的過程，把這些圖形信息將傳遞到晶圓片上。所以掩模板的質(zhì)量就直接決定了光刻的質(zhì)量。
這里需要注意的是，這些圖形信息并不是只有一層。因為芯片電路是多層次的、立體的，每層的圖形形狀也有所不同。芯片制造需要十幾次甚至幾十次光刻，所以每次光刻都需要一塊掩模板。
每制作一層掩模板都需要涂一遍光刻膠，進行一遍前烘、曝光、烘烤、顯影等流程。28nm大概需要40層，而14nm、7nm工藝就需要50層乃至80+層。
用到的掩模板越多，就說明芯片規(guī)模越大、越復雜，成本也就越高。
之前有報道提到，臺積電5nm全光罩流片費用大概在3億人民幣左右。（中國臺灣省習慣將掩模板稱為光罩）
MPW和Full Mask
上述的這種昂貴的流片方式叫做Full Mask（全掩膜），就是指承包本次流片所用到的所有掩膜，一般這么干的都是比較“壕橫”的大公司。
換句話說，只有在設計完全有把握成功并且準備大批量生產(chǎn)、商用的時候，才會采用Full Mask的流片方式。
那么不能承包的公司/高校，或者產(chǎn)品首次流片還沒有足夠把握的時候，又該如何呢？
晶圓加工廠貼心地給出了Plan B——MPW（多項目晶圓），多個項目共享某個晶圓。也就是把多個具有相同工藝的集成電路設計放在同一晶圓片上流片加工服務。
這樣一來，同一次制造流程就可以承擔多個來自不同公司的IC設計的制造任務。等流片結束后，各家公司/高校按照芯片所占的面積分攤費用，領走各自的芯片產(chǎn)品。
這種操作方式可以讓流片費下降90%-95%，也就大幅降低了芯片研發(fā)的成本。
寫在最后
掩模板的制作成本非常高昂，即使有MPW這樣降本增效的流片方式，但大多數(shù)IC設計企業(yè)還是難以抵抗芯片失敗帶來的損失。
于是業(yè)界中自然就會有人探索“無掩模光刻技術”，不需要再制作掩模板，成本自然就更低。只是目前仍處于探索的階段，還并不能大規(guī)模推行。
在摩爾定律逐漸放緩、面臨失效的今天，集成電路的進一步發(fā)展仍面對諸多挑戰(zhàn)。
科技的進步，永無止境。
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