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为何电脑CPU这么贵,原因都在这里

来源:互联网   2021-02-18 阅读:5

你看到的 CPU 是这个样子: 

                                             image.png

 

这个是已经封装好的形态,外壳、硅板电路实际上不值几个钱,最贵的部分来自于里面的芯片。芯片在没有切割下来前是这样的晶圆形式:

对芯片和半导体行业没有概念的童鞋可以先看一下这个片子补补课。

 

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在这个行业呆的越久,你就会觉得芯片生意真的是超级难做,为什么我们国家现在是以举国之力在发展半导体 / 芯片行业,而不是依靠市场的自发行为?

一个最重要的原因:成本太高,如果没有国家层面在政策与资金上的支持,几乎没有企业能挺过在研发与 startup 阶段的巨额烧钱式的投资。

成本高在哪些方面呢?

一、流片成本高

在大批量生产前要进行数量较少的流片验证。虽然晶圆片数较少,但是光罩的数目(photomask)一个都不会少。CPU 的光刻步骤大约在一两百步以内,每一步光刻都需要一块光罩,光罩的费用占据了流片阶段成本的很大一部分。

 

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光罩里的图案极其精细,制造难度大,因而售价不菲

而流片后,往往就会发现光罩里的图案设计是需要优化的,并且这种优化并不只针对一层光罩,很多时候需要多层光罩同时修改,成本就进一步增加了。

二、工艺成本高

先进 CPU 芯片工艺步骤大约处于 1000-3000 步这个范畴。每一步都有物料成本,便宜的像 scrub(冲洗)这种工艺,大约每片加工成本处于分、毛这个量级,个别步骤的成本也可能会达到百元级别,比如使用了昂贵的材料。所有步骤累加起来就是一个比较大的数字了。

越先进的芯片,芯片结构就越复杂,工艺步骤就会越多。折算到每片晶圆上的成本就会越高。

就拿最简单的 MOSFET(金氧半场效晶体管)结构来讲,早期的 MOSFET 是这样的物理结构:

 

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而现在,MOSFET 发展成了 FinFET(鳍式场效应晶体管),工艺步骤明显变多了,它长这样:

 

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除了物料成本,生产超净间要 365 天 *24 小时保持电力运转,这么大空间的空气净化、湿度保持、恒温保持、污染颗粒去除,都需要电力成本。有媒体甚至爆出,全台湾用电的增加量,约三分之一由台积电贡献。足见半导体生产线的用电量之大。

三、设备成本高

半导体厂的生产设备都是极其昂贵的,很多设备的消耗性零件的售价是可以轻松买一辆路虎的。设备的折旧费用自然也会折算到芯片的成本之中。

最昂贵的就是光刻机,因为光刻机要实现的工艺太过精密。

四、风险成本高

越是先进的制程与产品,对产品工艺的要求就越高。晶圆从第一步开始,到最后完成加工,先进芯片往往要历时几个月才能完成这一过程,它们随时都会“死”在半路,包括但不局限于以下的死法:

1)技术工人由于太想女朋友走神了,装错了设备零件。

2)设备发生异常而没有警报,从而发生工艺偏离。

3)自动化系统自己死机了......

4)晶圆水土不服,不知道什么原因自己碎在了 FOUP(装晶圆的容器)里。

5)旋转过程中被甩飞了,撞的粉身碎骨......

原因五花八门,先不说工艺本身的失效,单是可以避开各种事故而冲到最后一步就已经很幸运了。而“死掉”的那些晶圆不能白死,都会反映到芯片的售价中来。

再先进的厂子也无法避免这些风险事件的发生。台积电就也曾因为风险工艺报废了十万片晶圆,当然这事得赖猪队友供应商陶氏化学。

台积电上万片晶圆报废 猪队友或是日商信越、JSR 及陶氏化学

除了这些,还有芯片设计成本、人力成本、封装成本、运输成本、销售宣传成本......

看完这些,你还会觉得 CPU 贵吗?一个经历了几千步的加工步骤,集合了差不多全人类所有智慧的结晶,叠加了林林总总的成本后居然只卖几千元,简直便宜爆了好伐。

标签: CPU

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