開發一款2nm晶片要多少錢?
根據日經亞洲報道,隨著先進製程的持續推進,每個新的製程節點的成本都在提升,並且提升的幅度越來越大。研究機構International Business Strategies(IBS)的分析認為,下一代的2nm製程的成本將會比目前的3nm製程上漲高達50%,最終導致2nm 晶圓的價格將達到3 萬美元。
IBS經過估算認為,建造一座月產能5萬片2nm晶圓的晶圓廠所需的成本約為280億美元,而同樣產能的3nm晶圓廠的建造成本約為200億美元。
其中,成本的提高主要來自於價格高昂的ASML EUV微影機數量的增加。
因為,2nm製程相比3nm製程擁有更為精細的晶體管結構,如果要保持原有的生產效率,將不可避免的需要使用到更多先進製程製造設備,而EUV光刻機只是其中一種。目前蘋果仍是唯一使用台積電3nm(N3B)製程大量生產晶片的公司。
IBS 進一步預計,當蘋果在2025 年至2026 年推出基於台積電N2 製造製程的晶片時,使用台積電的N2 製造製程處理單一300 毫米晶圓將花費約3萬美元,高於IBS 估計的基於台積電N3 製程的單一晶圓的約2萬美元的成本。
這種每晶圓成本的顯著增加,將不可避免地使所有基於此製程製程的晶片成本也將增加類似的幅度。
此外,IBS也認為蘋果目前的3nm晶片的製造成本約為50美元。不過,這個成本數據要高於另一家研究機構的數據。
Arete Research預計,蘋果最新3nm製程的A17 Pro晶片的Die(晶片晶片)尺寸在100mm^2 至110mm^2 之間,與該公司上一代A15 ( 107.7mm^2 ) 和A16的晶片尺寸(比A15 約5%,約113mm^2)一致。
如果蘋果A17 Pro 的晶片尺寸為105mm^2,那麼一塊300mm 晶圓可容納586 個晶片,這使得其成本在不切實際的100% 良率下約為34 美元,在更現實的85% 良率下成本約為40 美元。
如果以每片晶圓30,000 美元和85% 的良率計算,單個105mm^2 晶片的製造成本約為60 美元,但這是一個非常粗略的估計。IBS認為,未來的2nm「蘋果晶片」的製造成本將從50 美元上漲到85 美元左右。
值得一提的是,頭部晶圓代工廠之間的價格競爭也會影響2nm晶片的最終的價格。目前台積電、英特爾、三星都在積極的推進2nm製程的量產。
根據規劃,英特爾將在2024年上半年量產Intel 20A,下半年量產Intel 18A過程,都將基於RibbonFET(類似GAA)電晶體架構和背面供電(PowerVia)技術,預計相關產品會在2025年上半年上市。
台積電和三星則都計畫在2025年量產2nm製程。相對於台積電目前在尖端製程晶圓代工市場的壟斷地位,三星和英特爾預計將透過價格戰來進行市場競爭,這也將在一定程度上導致2nm晶圓最終定價可能會偏離預測模型。
當然,晶片的製造成本僅僅只是晶片的全部成本當中的一個部分,尖端製程的晶片的開發成本也是非常高的。
根據IBS預測,對於一款2nm晶片來說,僅在軟體開發方面可能就需要3.14億美元,晶片的驗證還需要1.54億美元,再算上購買相關半導體IP的費用,流片成本,以及其他的配套基礎設施和相關服務的成本,將使得總成本可能達到7.25億美元。
更關鍵的是,2nm製程的晶片開發需要更高階的人才,而這種高階人才一直處於供不應求,廠商直接的競爭會進一步導致人才成本的上升。
需要指出的是,以上的預測模型是基於一家沒有預先存在知識產權的晶片設計公司來開發2nm晶片的成本預測模型。
而在現實當中,能夠開發像2nm這樣尖端製程晶片的廠商,通常都會有比較多的自研IP積累,這將會減少很多外購IP的成本。
另外,隨著EDA廠商紛紛加入AI對於設計工具的支持,將可以透過AI自動化複雜設計流程和加速晶片的最佳化和驗證,從而降低晶片的成本。