這是IC男奮鬥史的第33篇原創
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大家應該都知道做晶片是一件非常燒錢的事情。經常看到新聞通稿，某某公司融資了xx億，外行乍看之下覺得好多錢啊，但實際上可能只夠該公司燒一年。那麼做晶片到底有多燒錢？錢都花在哪哪些地方了？這篇文章傑哥將從晶片設計公司的角度切入，詳細講解晶片研發與生產的成本結構。文中有很多具體的金額數位，都是傑哥根據自己的經驗估算的，可能跟實際情況存在偏差，請大家不必深究，僅供參考。文中如有錯誤，還請大家批評指正！
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晶片研發成本
晶片研發成本主要包含IP採購、前端設計、驗證、DFT設計、後端設計、封裝設計、回片測試以及流片8個部分費用。
IP採購是晶片研發中不可忽視的一個環節。費用模式通常分為一次性授權、產品單獨授權，或者兩者疊加起來。例如，手機處理器晶片、AI晶片等都需要整合CPU模組，目前國內大部分晶片設計公司都採購Arm的CPU核。
前端設計、驗證、DFT設計、後端設計、封裝設計支出主要以研發人員的人力投入為主，此外還包含EDA軟體的使用費、FPGA和Zebu等驗證平臺的硬體費用。
回片測試包含測試硬體、RA實驗、ATE機臺使用以及研發人力投入等成本。
以手機處理器晶片或者AI晶片為例，假設前端設計+驗證的時間週期為4個月，平均每個月人力投入為前端20人+驗證40人，按照工程師平均每月薪資5萬計算（下文所有人力投入都參考這個標準計算），人力支出約為1200萬。EDA軟體按照60人使用4個月計算，費用約為240萬，FPGA和Zebu的硬體費用約為60萬。總費用為1500萬。
DFT設計+後端設計+封裝設計週期為2.5個月，平均每個月人力投入為10+20+10人，人力支出為400萬。EDA軟體按照40個人使用2.5個月計算，約為100萬。總費用為500萬。
回片測試中，測試硬體包括CP測試探針卡(2pcs總共200萬)、FT測試loadboard+socket+change kit(3套約50萬)、SLT測試board+socket+kit(12套約60萬)；RA實驗整體外包費用約300萬；ATE機臺使用費約100萬；回片測試到release到生產的週期約為6個月，平均每月需要投入3個人力，總支出為90萬。總計約800萬。
假設AI晶片整合了4個外購IP，研發階段IP一次性授權按照每個300萬計算，總費用約為1200萬。
以上研發費用總計約為4000萬。
晶片設計外包模式
從前面的分析我們可以看出，晶片研發需要大量的人力投入以及不同團隊的分工共同作業。對於初創企業來說，短期內根本無法搭建晶片研發需要的所有團隊。但是為了讓第一款產品儘快完成研發並行布到市場，外包出去一部分任務是一個比較好的解決方案。
通常晶片設計外包有以下幾種模式：
所有的設計環節全部外包，設計公司只提供產片設計方案與需求檔案。但很少有設計公司這麼操作；
除了前端設計+驗證外，DFT+後端+封裝+回片測試全部外包出去。大部分晶片設計初創企業第一款產品都是按照這個模式；
前端+驗證+DFT+後端+封裝設計全部自己做，回片測試部分外包出去。有一定規模的晶片設計初創企業會選擇這個模式；
前端+驗證+DFT+後端+封裝設計+回片測試全部自己做；
典型的外包廠商例如廣東利楊、月芯科技、摩爾精英等，收費模式按照合作模式區分。以其中DFT+後端+封裝設計+回片測試外包為例，基本費用約1300萬。
是否外包，主要看公司規模和發展階段。如果是初創企業的第一款晶片研發專案，由於團隊研發團隊建立需要時間，選擇第二種模式是比較合理的。如果企業發展到一定規模，還是應該選擇第三種模式或者連回片測試也自己做。
選擇第二種模式的優勢是，晶片設計服務公司有成熟的研發團隊，可以快速支援DFT+後端+回片測試工作，比自己建立團隊要節省成本與時間。劣勢是合作效率沒有公司內部高，供應商支援力度會直接影響專案進度。選擇第三種模式的優勢是，專案推動全是公司內部，團隊合作效率高。劣勢是需要建立完整的後端與測試團隊，人力成本非常高。
晶片生產成本
晶片生產成本主要包括流片mask、晶圓、CP測試、封裝、FT測試、SLT測試以及其他。
1 流片mask成本：一次性費用，按照mask層數計算
在晶片設計完成後，會生產複雜的圖形檔案，一般來說會有幾十層到上百層。這些圖形檔案需要在光罩廠做Mask（掩膜版）。工藝節點越高，流片價格越貴，因為高工藝需要更多的Mask。例如在16nm製程上，需要大約60張Mask，而7nm可能就需要上百張Mask。
據統計，目前最便宜的ASIC流片成本也需要幾十萬一次，例如180nm的流片成本大概是50萬元，55nm的成本約200萬元。但是16nm的成本就飆升到了3000萬-5000萬元，到了7nm最低也要過億。所以通常用「千萬級乃至上億」去形容流片成本並不為過。
由於研發階段流片生產的晶片數量少，成百上千萬的掩膜費用平攤到每個晶片來看，成本也極為高昂。但到了量產階段，尤其是產品的出貨量比較大，一次性流片費用平攤到數十萬顆晶片上時，相對成本就低了很多。
另外，為了解決高昂的流片價格，業內也演變出兩種流片方式，分別是Full Mask和MPW。
MPW（Multi Project Wafer）是很多小設計公司採用的流片方式。簡單來說，MPW就是將多個具有相同工藝的積體電路設計放在同一矽片上流片，按面積分攤流片費用。晶圓代工廠每年會在固定時間（大多是Q4）放出次年的MPW計劃表，各家公司可以根據自己的需求提供訂單。通常來講，越是先進的工藝，安排的MPW頻率越高，較為成熟的工藝安排MPW的頻率很低。
據晶圓廠的內部人士透露，先進工藝即55nm以下，通常FAB廠會事先將晶圓劃好ABCD等多個區域並報價。各家設計公司根據自己的情況去預訂一個或多個區域，同時各家公司可以進一步選擇在自己區域裡，放多個專案的測試片進去，這些不同的專案以不同的LOGO來區分。
Full Mask就是指整個晶圓製造過程中的全部Mask都是為某個晶片所用，顯然投片的成本非常高。但是，這種方式可以將流片和後續量產縮短三個月左右時間。在與市場賽跑的過程中，更短的流片週期與生產週期都可以轉化為更強的競爭力。
2 晶圓成本：按照出貨片數每片計算
晶圓價格也是按照工藝節點區分的。以臺積電12寸晶圓(直徑300mm)為例，40nm成本每片大約在1500～2000美元，16nm成本每片大約在4000～5000美元之間，7nm成本每片大約在9300美元左右，5nm代工價格約為17000美元，3nm價格預計會達到30000美元左右。
一個FAB lot通常包含25片晶圓。每片晶圓上包含一定數量的相同的晶粒（die），die面積越大，每片wafer上的gross die數量越少，單顆晶片的成本也就越高。以12寸晶圓為例，雲端AI晶片每片wafer的gross die數量從幾十到幾百不等，邊緣端AI晶片或者手機處理器晶片每片wafer的gross die數量從幾百到上千。
另外單顆晶片的成本還跟良率相關。每片wafer可以產出的良品數量=gross die數量*量產良率，這個量產良率是指CP測試良率、封裝良率、FT測試良率與SLT測試良率的乘積。
不同工藝節點的產品量產良率不同，通常工藝節點越先進，良率越低。例如臺積電16nm的參考良率為70%～80%之間，7nm的參考良率在20%～30%之間。
所以單顆晶片的晶圓成本 = 每片wafer的價格 / (每片wafer的gross die*量產良率)。
3 CP測試成本：按照每片wafer計算，以ATE測試機時折算成單片wafer的測試成本
以手機處理器晶片或者AI晶片為例，通常CP測試包含2道或者3道測試流程，例如CP1@25C--> CP2@0C-->CP3@85C。CP測試的成本是按照ATE機臺的測試費用折算的，例如一片wafer的測試時間分貝是CP1 2hours+CP2 1.5h + CP3 1.5h，總的CP測試時間就是5h。按照ATE機臺每小時100美元的使用費用，每片wafer的CP測試費用就是500美元。折算到單顆良品晶片的CP測試成本按照如下公式計算：
單顆晶片的CP測試成本 = 每片wafer的CP測試費用 / (每片wafer的gross die*量產良率)。
4 封裝成本：包含基板與封裝材料等，按照單顆晶片計算
晶片設計公司通常把封裝包括材料與加工費用一起外包給封裝廠，封裝廠直接按照單顆晶片的封裝費用報價。不同的晶片封裝型別價格差異較大。通常封裝尺寸越大，晶圓工藝越先進，封裝費用越高。這是因為封裝費用中佔主要份額的，其實是基板。基板尺寸越大，費用越高。這是因為尺寸越大，基板消耗的材料越多，加工難度也越大。尤其是大尺寸基板也需要有很好的平整度，這個也是限制基板尺寸最重要的因素。
手機處理器晶片或AI晶片使用的封裝形式通常包含FCBGA，FCCSP，CoWoS等。以FCBGA封裝為例，42.5*42.5尺寸的封裝費用大約在15美元，其中基板是大頭，約佔12美元；47.5*47.5尺寸封裝的費用大約在30美元，其中基板約佔25美元。
5 FT測試成本：按照ATE機時折算成單顆晶片費用
FT測試也是按照單顆晶片報價，通常FT測試包含2道或者3道測試流程，例如FT1@25C--> FT2@85C-->FT3@-40C。FT測試的成本是按照ATE機臺的測試費用折算的。例如一顆晶片的測試時間分別是FT1 2min+FT2 2min+FT3 2min，總的FT測試時間就是6min，也就是說單site情況下一個小時可以測10顆。按照ATE機臺每小時100美元的使用費用，每顆晶片的FT測試費用就是10美元。
6 SLT測試成本：按照handler機時費用折算成單顆晶片費用
SLT測試也是按照單顆晶片報價，通常SLT測試包含1道或者2道測試流程，例如SLT1@25C--> SLT2@85C。SLT測試的成本是按照handler機臺的測試費用折算的，例如一顆晶片的測試時間分別是SLT1 20min+SLT2 10min，總的SLT測試時間就是30min。也就是說單site情況下一個小時可以測2顆晶片，如果是12個site每小時就可以測試24顆。按照handler機臺每小時60美元的使用費用，每顆晶片的SLT測試費用就是2.5美元。
7 其他成本包括外觀檢測、包裝與運輸以及倉庫儲存等
外觀檢測：leadscan機臺掃描，人工目檢，按照單顆報價；
包裝：包含tray，鋁箔袋，紙盒，紙箱，乾燥機，抽真空，溼度卡；
倉庫儲存：與庫存週期相關，庫存週期越長，成本越高；
通常這三項成本加起來，平均到每顆晶片的價格不會超過1美元。
以上就是一顆晶片從設計到量產投放市場加起來的所有費用。粗略算算，一億人民幣也就是灑灑水而已啦！所以，傑哥真心佩服做晶片創業的老闆們，承受的壓力遠超其他行業，畢竟做晶片是如此地燒錢。
全文完。