芯片固定成本飙升：半导体成为高风险游戏_英特尔_成本

晶圆制造是一个通过光刻定义特色并通过沉积、蚀刻和其他工艺步骤构建特色的循环。
半导体的前沿涉及利用 60 多个独特的光刻层和伴随的步骤。
这些层中的每一层都须要一个独特的光掩模。
所有掩码的凑集称为掩码集（mask set）。
这些光掩模组将设计从芯片架构师转变为物理特色。
用大多数生手的话来说，掩模组可以被认为是一组包含芯片设计的模板。
每个独特的芯片设计都须要自己的掩模组。

有许多奥妙的技巧被用来降落设计该芯片的本钱，但将该设计推向市场的最大障碍是掩模组的本钱。
在 90nm 到 45nm 的代工工艺节点上，掩模组的本钱约为数十万美元。
在 28nm 时，它超过了 100 万美元。
对付 7nm，本钱增加超过 1000 万美元，而现在，随着我们超过 3nm 的障碍，掩模组将开始推向 5000 万美元的范围。

晶圆价格正在上涨，但掩模组的本钱增长得更快。
来自 IC Knowledge 的上图解释了这个难题。
跨工艺技能时期的产量必须显著提高，才能利用晶体管缩小带来的经济改进。

有些人的印象是晶体管本钱在 28nm、7nm、5nm 等各种工艺节点停滞低落。
声称晶体管本钱已经停滞低落并开始增加的人数彷佛比摩尔定律快了一倍。
须要明确的是，纵然在 5nm 乃至 3nm 代工厂，每个晶体管的本钱也会连续低落，但这归咎于那些拥有大晶圆量的企业。
芯片设计很昂贵，但与 IDC 和麦肯锡所声称的相差甚远。
请参阅下面的缺点图表。

我们与多家芯片初创公司互助，他们在台积电 7nm 上创造了 5000 万至 7500 万美元的领先芯片。
该本钱包括他们的全体软件、设计和流片本钱。
这些本钱将根据制造的芯片类型而有很大差异。

随着行业在工艺技能方面的进步，本钱不断增加。
更多的公司将没有足够高的产量来摊销与掩模组干系的固定本钱，以利用每晶体管本钱的提高。

刚刚开始设计芯片之旅的初创公司和非半导体公司不仅要应对达到更高水平的进出平衡，还必须应对巨大的风险。
最大的单项本钱是design validation和verification。
如果validation和verification pipelines达不到哀求，公司将面临大量产品延迟的风险。
这些问题也适用于业内最大的企业。

英特尔在制程技能方面掉队，但随着台积电在 3nm 上的进展缓慢（ stumbles ），如果英特尔能够快速提升节点，Intel 4 和 3 制程节点可能会与台积电的最佳节点竞争。
纵然英特尔在制程技能上与台积电相提并论，他们还有其他可能被证明无法战胜的障碍。
在我们看来，英特尔面临的最大问题是他们的design validation和verification流程。
为了演示，让我们看一下英特尔的数据中央芯片。

英特尔目前的做事器芯片 Ice Lake 于 2018 年 12 月首次上电。
产品发布韶光为 2021 年 4 月，直到 2021 年第三季度/第四季度才开始量产。
英特尔可能首先在2018 年初为 Icelake 供应流片（聚合 IP 开始制作掩模组）。
在tape-in 之后，tape out 是指第一批晶圆利用新创建的掩模组通过晶圆厂。
英特尔完成了这些晶圆并封装了芯片，并于 2018 年底开始测试。
这是该芯片的第一次spin ，但 Ice Lake 须要许多新的spin 才能完备发挥浸染。
每次新的spin 都须要至少一些新的掩模，进一步增加了开拓本钱。

英特尔的下一代做事器芯片 Sapphire Rapids 在validation和verification方面也面临着类似的问题。
Sapphire Rapids 设计的第一个版本于 2020 年 6 月启动。
现在，在 2022 年年中，英特尔仍在修正设计和掩模组，由于他们在设计早期没有创造问题。
这紧张是由于validation和verification问题。
Sapphire Rapids 彷佛将在 2022 年晚些时候推出，但现在估量将在 2023 年初实现销量增长。

英特尔的validation和verification问题大大增加了本钱并延长了韶光。
对英特尔来说，不得不修正掩码对成本来说并不是一个大问题，由于它们的数量很大，但延迟对其竞争力非常有影响。
每个新版本都须要至少一些新的掩模，通过晶圆厂运行晶圆并封装芯片。
这个过程须要几个月的韶光。
根据我们在Angstronomics的朋友的说法，对付 Ice Lake，它须要 Intel 6 版本才能发布，而 Sapphire Rapids 看起来须要 7版本。

比较之下，在 AMD 和 Nvidia 等行业中被认为是最好的领先设计公司只须要一小部分韶光。
他们都只须要一小部分韶光。
众所周知，Nvidia 拥有非常广泛的自定义仿照、验证和验证流程，在许多情形下乃至须要不到一年的韶光。
英特尔可以承受这些问题，由于它们是如此强大，纵然这是导致它们掉队的缘故原由。
有巨大的努力来检修和解决这个问题，我们希望英特尔能够做到，但这是一个很大程度的疑惑。

现在想象一下，如果一家非半导体公司的初创公司或全新的芯片设计团队跌倒了，他们会发生什么。
这些延迟可能会扼杀一个特定的芯片项目，比如 Meta 和微软。
这些延迟乃至可能扼杀全体公司或计策。
随着半导体设计复兴的发达发展，它不会一帆风顺。

失落败的设计将有一条散落的路径。
更多成熟的公司可能会有一些完备垂直的设计，但他们也会转向与博通、Marvell、英特尔、AMD 等公司的半定制交易。
由于预算更加有限，初创企业的情形要困难得多。
我们认为 AI 芯片初创公司的年夜水很可能是它首先涌现的地方。
多家有名人工智能初创公司已经裁员，而这仅仅是个开始。
只管如此，仍有许多初创公司会发达发展并赚很多钱。

毫无疑问，这是一个非常高风险的游戏。