一颗芯片成本到底要多少钱?

芯片生产过程

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？

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。

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。

晶圆

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。

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。

一枚芯片的实际成本是多少？

芯片的封装形式，以上两图都较为古老了

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，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。

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。（来源知乎|失效分析等网络综合）