国内自立研发一款商用的手机芯片需要若干钱？_成本_晶片

据理解，MTK 首颗 5G SoC 采取了台积电的 7nm 制程，集成了联发科自家的 Helio M70 调制解调器。

这款基带支持 6GHz 以下的 5G NR 频谱、高达 2x 的载波聚合、以及独立 / 非独立的 5G 网络架构。

一，制程研发费3亿美金，合20亿公民币（紧张是流片用度）。

二，ip授权购买费 紧张是购买了cpu，gpu，npu的ip授权。
估计其他一些鄙吝件该当也有购买的，如音频解码什么的。
按生命周期5000万颗算，各种ip授权购买费按每颗40元算，这大概20亿。

三，自研部件用度。
自研部件包括通讯基带，相机isp，各种掌握开关，微核等。
这部分很难估算，而且是长期的研发的成果。
这部分本钱暂时记为10亿公民币。
四，架构开拓，生态构建。
紧张是hiai架构的开拓与构建。
这部分本钱很难估算。
暂时记为5亿公民币。

四，高通专利费 按5000万颗算，每颗交10元，合5亿公民币。

五，研发工程师人为奖金。
1000名工程师每年按50万打算，3年合计15亿。

以上各项共计75亿公民币。

2018年，NAND Flash正式进入3D制程发展，其干系掌握芯片之晶圆制造制程则在近两年正式进入1x纳米时期，因此NAND Flash掌握芯片的设计愈加繁芜、所须要利用的人力及资金等资源耗费较市场发展的幅度高，以目前环球PCIe规格效能跑分评鉴最佳的群联电子SSD掌握芯片PS5012-E12来看，该颗芯片的成功除了累积数十年的功力外，在研发人力、韶光、设计工具、晶圆前辈制程光罩费、3D NAND验证费…等等资源全数换算为可被评价的用度，总计超过1.55亿公民币，

工艺进入28nm后，芯片的流片本钱成指数级增长。
“如果说2014年开一个28nm的芯片200-300万美元对很多公司来说已是不堪重负，那么，未来，开一款16nm的芯片本钱将在千万美元旁边，而开一款10nm的芯片，从现在各项投入来看，可能须要达到1.3亿美元。
”在“2014上海FD- SOI论坛”上，芯原微电子公司技能市场和运用工程师资深总监汪洋说道。
不过，只管如此昂贵，他透露海内仍有一些真土豪提出要开16nm的芯片，紧张是那些为挖金币而定制的处理器芯片。

两年前，采取不太前辈的16nm工艺，流片用度须要1500万美金以上。

如果是这两年，采取7nm的工艺，流片用度须要准备1-3亿美金以上。

而十年前，海思给出的均匀每颗商用芯片的本钱仅为4000万公民币。

CPU的本钱构成是这个样子滴

1、晶片本钱

要制造CPU，第一步是制造晶圆(将晶圆切成小片后即可得到晶片)。
晶圆的身分是硅，是地壳内第二丰富的元素(沙子的紧张身分便是二氧化硅)。
制取晶圆分为三个步骤：

一是制取电子级硅。
通过碳和二氧化硅在电弧熔炉中反应得到冶金级硅，再对其进一步提纯，将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢进行氯化反应，天生液态的硅烷，通过蒸馏和化学还原工艺，得到电子级硅，其纯度高达99.999999%。

二是制取硅锭。
将电子级硅放在石英坩埚中，并用石墨包围不断加热，温度坚持在大约1400℃，炉中充斥着惰性气体，使电子级硅熔化的同时，不会因化学反应而掺杂杂质。

随后将一颗籽晶浸入坩埚中，由拉制棒带着籽晶与坩埚旋转方向逆向旋转，采取旋转拉伸法缓慢将籽晶垂直拉出，熔化的多晶硅会粘在籽晶的底端，终极得到圆柱体的硅锭。

三是切割圆晶。
将得到的硅锭横向切割成圆形的单个硅片，然后进行研磨，将凹凸的切痕磨掉，再用化学机器抛光工艺使其至少一壁光滑如镜。

目前，国际主流采取的是12英寸晶圆。
就海内而言，中芯国际和华力微都有12英寸晶圆厂，英特尔、三星、海力士等公司在大陆也有12英寸晶圆厂。

虽然12英寸晶圆厂的投资远远大于8英寸晶圆厂，但是晶圆尺寸越大，意味着单片晶圆能够切割出的芯片越多，芯片本钱也就越低。

在设备本钱被以亿为单位的芯片出货量平摊后，采取尺寸更大的晶圆，不仅芯片价格可以更具竞争力，还能以细水长流的办法获取更多利润。

因此，晶片本钱便是以二氧化硅制取晶圆所耗费的资金分摊到每一片晶片后的本钱，可以大略理解为每一片芯片所用的材料(硅片)的本钱。

2、掩膜本钱

在得到晶圆后，要制造CPU，还要进行以下步骤：

一是湿洗。
用各种化学药剂洗濯晶圆，确保晶圆表面没有杂质。

二是光刻。
利用光刻机将激光光束穿透画着线路图的掩膜，经物镜补偿各种光学偏差，将电路图成比例缩小后映射到硅片上，然后利用化学方法显影，得到刻在硅晶片上的电路图。

光刻示意图。
最上方的是掩膜，中间的是物镜，用来补偿各种光学偏差，末了将电路图成比例缩小后映射到硅片上。

三是离子注入。
在硅晶片不同的位置嵌入不同的物质，进而形成场效应管(晶体管)。

四是蚀刻。
利用刻蚀机将晶片上多余的部分去掉，得到所想要的构造。

五是等离子冲洗。
用较弱的等离子束轰击全体芯片，达到清洁的效果。

六是热处理。
瞬间把晶圆加热到1200摄氏度以上，然后逐步地冷却下来，使得注入的离子能更好地被启动以及热氧化，并在晶片中形成场效应管的栅极。

七是气相淀积。
通过物理、化学气相淀积设备进一步风雅处理晶片表面，并给晶片镀膜。

八是电镀、化学、机器表面处理。

因此，掩膜本钱便是晶片加工本钱以及光刻机、刻蚀机、物理、化学气相淀积设备的折旧本钱等等。
掩膜本钱的高低和制程工艺的关系非常大，像40/28nm的工艺已经非常成熟，本钱也低，40nm低功耗工艺的掩膜本钱为200余万美元;28nm SOI工艺为400万多美元;28nm HKMG本钱为600多万美元。

但在最新的制程工艺问世之初，耗费则颇为不菲。
在2014年刚涌现14nm制程时，曾有称其掩膜本钱为3亿美元。

当然，随着韶光的推移和台积电、三星节制14/16nm制程，现在的价格该当不会这么贵。
英特尔正在研发的10nm制程，根据英特尔官方估算，掩膜本钱至少须要10亿美元。

新制程工艺之以是贵，一方面是贵在新工艺高昂的研发本钱和偏低的成品率，另一方面也是由于光刻机、刻蚀机等设备的价格非常昂贵。

以前道光刻机为例，海内商业化量产依旧结束在90nm，40/65nm的光刻机虽然取得技能打破，但依旧没有商业化量产，有可能还处于实验室状态。

中芯国际、华力微等晶圆厂的28nm光刻机完备依赖入口，而且价格颇为不菲——ASML主流技能水平的光刻机售价为几千万美元，最前辈的EUV光刻机问世时售价曾高达1亿美元……

光刻机

每片CPU的掩膜本钱=掩膜总本钱/总产量，因此，如果产量小，CPU的本钱会由于掩膜本钱而较高，只要产量足够大，比如每年出货以亿计，掩膜本钱被巨大的产量分摊到微乎其微。

3、封测本钱

晶圆倒装机

在晶片完成上述光刻、刻蚀等步骤后，还须要用后道光刻机、减薄机、划片机、装片机、引线键合机、倒装机等制造设备给晶片装个壳，将之前加工好的晶片和基片、散热片堆叠在一起，终极形成我们日常见到的四四方方、带针脚和牌号的CPU。

封装本钱便是这个过程所须要的资金。
在产量巨大的一样平常情形下，封装本钱一样平常占硬件本钱的5%-25%旁边，不过IBM的有些芯片封装本钱占总本钱一半旁边，听说最高曾达到过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：i54460、i54590、i54690、i54690K等，之后英特尔就可以根据不同的等级，开出不同的售价。
如果芯片产量足够大的话，测试本钱在CPU总本钱的占比可以忽略不计。

以已经非常成熟的40nm低功耗工艺为例，采取该制程工艺的CPU，其测试本钱约为2美元，封装本钱约为6美元。

4、设计本钱

设计本钱紧张包括专利本钱、开拓工具本钱、工程师人为和园地用度等。

一是专利本钱。
目前，海内只有像龙芯、申威等少数走独立自主技能路线的IC设计公司可以做到自己设计的CPU/微构造不含第三方IP，比如申威411、申威1621，龙芯3A2000/3B2000/3A3000/3B3000，以及微构造GS464E皆不含第三方IP。
而海内其他IC设计公司基本上还处于购买国外IP做集成的阶段，紧张的IP供应商都是国外公司。

以海思、展讯、联芯、全志、瑞芯微、新岸线等ARM阵营IC设计公司为例，这些公司无一例外依赖于ARM的IP授权——海思的麒麟950就购买了ARM Cortex A53和A72，不仅要一次性支付一笔不菲的授权费，而且每生产一片芯片，还要支付一定的专利费……

这种购买IP授权的商业模式，实际效果是ARM犹如开启了印钞机，而海内IC设计公司只能赚一点辛劳钱，直接导致海内ARM阵营IC设计公司“操的是卖白粉的心，赚的是卖白菜的钱”。

二是开拓工具本钱。
要设计CPU就离不开EDA(电子设计自动化)工具的赞助，比如前端设计的仿真环境，低功耗流程设计工具，时序仿真工具，芯片后端设计的工具等等。

要购买这些EDA工具，同样耗费颇为不菲，特殊是海内IC设计公司的EDA工具大多数都依赖于国外公司的情形下(海内研发EDA工具做的最好的是华大九天，但市场份额比较小)。

三是工程师的人为等本钱。
像IBM、AMD、Marvell等IC设计公司中，有5年以上履历的工程师的月薪在25K-50K之间，海内海思、展讯、联芯有5年以上履历的工程师的月薪也在15K-30K之间。

假设一个IC设计公司有500人(英特尔公司有约10万员工)，每个员工以月薪20K打算，光人为本钱一年就须要1.2亿元……

四是其他本钱。
比如公司园地租用、宣扬营销、行政开销等零零星碎的本钱开销，这些开销因各个公司的情形有所不同，而且有的差距会非常大。

国产CPU售价为何居高不下

为了形象地阐明这个问题，我们假设两款国产CPU：CPU-X和CPU-Y。

首先看晶片本钱。

假设CPU-X采取40nm制程，芯片面积200平方毫米;CPU-Y采取28nm制程，芯片面积140平方毫米(制程越小，晶片面积越小)。

一片12寸晶圆价格为4000美元，面积约为7万平方毫米。
经打算可以得出，一片12寸晶圆可以切割出299个CPU-X或495个CPU-Y(40/28nm技能已经非常成熟，切割本钱差异非常小，就忽略不计了)。

由于在将晶圆加工、切割成晶片的时候，并不能担保100%成果，因而存在一个成品率的问题，以49%的成品率打算，一片12寸晶圆可以切出146个符合良品标准CPU-X或242个CPU-Y，末了12寸晶圆的价格/切割出的成品晶片，可以得出结论：

采取40nm制程的CPU-X的晶片本钱为27.3美元;

采取28nm制程的CPU-Y的晶片本钱为16.5美元。

可以看出，采取更前辈的制程，能够有效降落晶片本钱。

其次看掩膜本钱。

上文已经提到过40/28nm的工艺已经非常成熟，40nm低功耗工艺的掩膜本钱约为200万多美元。

如果CPU-X的产量为10万片，则分摊到每一片CPU上的本钱为20美元;

如果CPU-X的产量为100万片，则分摊到每一片CPU上的本钱为2美元;

如果CPU-X的产量为1000万片，则分摊到每一片CPU上的本钱为0.2美元;

28nm HKMG掩膜本钱为600多万美元，

如果CPU-Y的产量为10万片，则分摊到每一片CPU上的本钱为60美元;

如果CPU-Y的产量为100万片，则分摊到每一片CPU上的本钱为6美元;

如果CPU-Y的产量为1000万片，则分摊到每一片CPU上的本钱为0.6美元。

由此可见，在利用相同工艺的情形下，随着CPU的产量增加，CPU的掩膜本钱会逐步降落，如果产量以亿为单位，即便利用最昂贵的14/16nm制程工艺，其掩膜本钱也可以被压缩到3美元以内。

再次看封测本钱。

封装本钱一样平常占硬件本钱的5%-25%旁边，之前讲过，比如CPU-X采取非常成熟的40nm制程，其测试本钱约为2美元，封装本钱约为6美元。

末了看设计本钱和其他本钱。

设计本钱非常不好量化，由于各家IC设计公司员工数量不同，购买IP的耗费、购买EDA工具的本钱互异。
其他本钱同样不好量化，各家公司园地租用、宣扬营销、行政开销等所耗费的资金差距非常大。

由于设计本钱和其他本钱非常不好量化，笔者按国际通用的低盈利芯片设计公司的定价策略8：20定价法来打算末了的售价，也便是硬件本钱为8的情形下，定价为20(在不购买国外IP的情形下，一样平常能做到这个定价)。

别以为这个定价高，实在已经比较低了，英特尔一样平常定价策略为8：35，AMD历史上曾达到过8：50……

CPU硬件本钱包括晶片本钱+掩膜本钱+测试本钱+封装本钱四部分。

如果CPU-X的产量达到10万片，则掩膜本钱为20美元，加上27.3美元的晶片本钱和8美元的封测本钱，其硬件本钱为55.3美元，采取8：20定价法，其售价为138.25美元。

如果将CPU-X的产量达到100万片，其硬件本钱为37.3美元，采取8：20定价法，其售价为93.25。

如果CPU-Y的产量为10万片，则掩膜本钱为60美元，之前打算过晶片本钱为16.5美元，加上封测本钱，那么硬件本钱为85美元旁边，采取8：20定价法，其售价为212.5美元。

如果CPU-Y的产量为100万片，则掩膜本钱为6美元，硬件本钱约为30美元，其售价约为75美元。

显而易见，虽然利用更前辈的制程会导致掩膜总本钱提升，但却可以降落晶片本钱。

而只要产量足够大，就可以使每片CPU的掩膜本钱大幅降落，使拥有“更贵的制程工艺+更大的产量”属性的CPU，会比拥有“便宜的制程工艺+较小的产量”属性的CPU的本钱更低，特殊是在产量相差100倍的情形下，本钱上的差距会犹如鸿沟。

那国产CPU的产量为何上不去呢?

像龙芯、申威等自主CPU，由于重新努力别辟门户，自建技能体系，一定和现有的Wintel(微软+英特尔)体系不兼容，在PC市场被Wintel垄断的情形下，自然导致市场化进程步履维艰。

而兆芯虽然同样采取X86指令集，可以跑Windows，不存在软件生态问题，但在技能上完备依赖于威盛公司，自然提高了本钱，加上性能孱弱，不具备市场竞争力——即便一味扩大产能，也只能是产量越大，幸亏越多，以是只能在党政军市场寻求机会，产量自然非常有限。

总之，抛开国内IC设计公司和英特尔在设计能力的差距不谈，纯挚讲制程工艺和产量对性能和本钱的影响，在国产CPU产量非常小的情形下，即便利用非常便宜的制程工艺流片，依旧导致其本钱比英特尔的CPU要高，价格也更贵。

而英特尔则可以依赖市场的垄断地位，即便利用了最贵的制程工艺，以弘大的产量压低本钱，攫取逾额利润，使自己的利润率高达60%。

答案是有。

不用买IP，在高校里面找廉价的学生来设计（没有研发本钱），做的芯片的规模非常小，采取MPW工艺，选择非常古老的工艺线，不用量产，仅做做实验，那么打算下来一颗芯片流片一次的用度也至少须要几十万元公民币。

全文完。