芯片流片为什么贵？你经历过流片失败的噩梦吗

2023-10-21 01:10

点击蓝字关注我们

NHK纪录片《电子立国自述传》里有前辈说过这样一段话：“每次芯片tapeout的两三个月里，我的内心终日惶惶不安，难以入眠。无时不刻不在想哪里对不对，会不会有问题……等到芯片送回来，第一次按RESET时，我的心情紧张到了极点，松开RESET的瞬间，便是区分天堂与地狱的瞬间。”

都知道，芯片研发是一件特别烧钱的事儿，对于流片（Tape-out）大家一定都不陌生。所谓流片，就是像流水线一样通过一系列工艺步骤制造芯片，简单来说就是芯片公司将设计好的方案，交给晶圆制造厂，先生产少量样品，检测一下设计的芯片能不能用，根据测试结果决定是否要优化或大规模生产。为了测试集成电路设计是否成功，必须进行流片，这也是芯片设计企业一般都在前期需要投入很大成本的重要原因。

但流片是一件非常烧钱的事，哪家企业都经不住流片失败的折腾，多几次流片失败，很可能就会把公司搞垮。董明珠的格力曾号称砸几百亿搞芯片，但后续也没有了消息。2019年曾传出小米旗下松果电子的澎拜S2系列芯片连续5次流片失败，设计团队重组的惨痛案例。更有网友戏谑，“流片一次等于上海一套大平层”，甚至还放出了不同工艺类型流片一次的花费。

流片为什么这么贵

流片的价格为什么这么贵？这就要提到芯片的制造原理了。芯片制造要在指甲盖大小的芯片里放上亿个晶体管，制造工艺已经到了肉眼不可见的纳米级，只能用光刻来完成。光刻就是用光刻出想要的图形，光刻需要用到掩膜版（又称光罩，Mask），掩膜版就是把设计好的电路图雕刻在上面，让光通过后，在晶圆上刻出图形。这个东西的原材料不值钱，但制造它的机器特别贵，所以到手的掩膜版也十分昂贵。

掩膜版是微电子制造过程中的图形转移工具或母版，其功能类似于传统照相机的“底片”，根据客户所需要的图形，通过光刻制版工艺，将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜版基板上，是承载图形设计和工艺技术等内容的载体。

这种从掩膜版的图形转换到晶圆上的过程，有点类似印钞机的工作流程。把光刻机想象成印钞机，晶圆相当于印钞纸，掩膜就是印版，把钞票母版的图形印到纸张上的过程，就像光刻机把掩膜版上的芯片图形印到晶圆上一样。

掩膜版的价格主要取决于芯片所选用的“工艺节点”，工艺节点越高、流片价格就越贵。这是因为越先进的工艺节点，所需要使用的掩膜版层数就越多。据IBS数据显示，在16/14nm制程中，所用掩膜成本在500万美元左右，到7nm制程时，掩膜成本迅速升至1500万美元。

掩膜版的总体费用，包括石英，光刻胶等原材料的成本，Mask Writer和Inspection等机台的使用成本，另外还有掩膜版相关数据的生成，包括OPC、MDP等软件授权、服务器使用和人工开发成本等等。对于一款芯片，动辄几十层的掩膜版，需要如此多的步骤，设备、软件、人员缺一不可，费用自然昂贵。

据业内人士透露，某晶圆代工厂（Foundry） 40nm流片的光罩成本大约60-90万美元；进入量产之后，每片晶圆可能3000-4000美元左右，所以，当前期生产5-25片进行产品验证用，Mask成本是主要的；如果量产很多，Mask的成本平摊到每片晶圆以后就很少了，那么则是晶圆主导成本。准确的说应该是平均到每一颗芯片上的费用便宜了，而不是总的流片费用便宜了。

如您有流片需求可扫码咨询

如何降低流片成本

那么，面对流片价格高的问题，有没有什么办法来降低成本？

MPW (Multi Project Wafer) 就是一种可以帮助设计企业降低成本的流片方式。MPW是指由多个项目共享某个晶圆，同一次制造流程可以承担多个IC设计的制造任务，将多个使用相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆上流片，制造完成后，每个设计可以得到数十片芯片样品，这一数量对于原型设计阶段的实验、测试已经足够。

通俗来讲就是几家公司或机构一起购买一套掩膜版，然后生产出来的同一片晶圆上会同时存在有好几款芯片，待晶圆切割后，再把各自的芯片“领回家”。而该次制造费用就由所有参加MPW的项目按照芯片面积分摊，极大地降低了产品开发风险。MPW带来的好处是显而易见的，采用多项目晶圆能够降低芯片的生产成本，为设计人员提供实践机会，并促进了芯片设计的成果转化，对IC设计人才的培训，中小设计公司的发展，以及新产品的开发研制都有相当大的促进作用。

对比来看，共享Mask的好处就是省钱，但是可能要等代工厂的时间节点，需要更多的时间。对于那些不差钱或赶时间的企业当然可以自己利用一套Mask（Full- Mask，全掩膜），制造流程中的全部掩膜都为自己的设计来服务，通常用于设计定型后的量产阶段。但是，在当前产能严重紧缺的情况下，代工厂面对不同客户的产品需求、竞争优势、市场前景和计划等态度是完全不同的，代工厂会综合考虑客户下单量，后续下单稳定性以及产品所面向的市场前景来做判断。

实际上，对于大部分的中小企业来说，除了价格以外，在流片或量产环节还面临着包括产能、交期在内的诸多挑战：

1.对Foundry体系不了解，缺乏工艺选型的经验和Foundry打交道的经验；

2.主流Foundry准入门槛高，新兴玩家难以申请预期的工艺或支持，沟通成本高；

3.缺乏系统的供应链管理能力，尤其在量产产能爬坡阶段，对产能、交期、质量过于乐观；

4.产能紧缺情况下，缺乏备货机制，恐慌性下单或有了订单再下单导致产能跟不上市场需求。此外，交期的变化、产能的波动都会大大增加初创公司与晶圆代工厂的沟通成本，降低效率。

对此，中小芯片设计企业可以寻求有资源、有经验的第三方流片服务平台进行合作，一同来解决遇到的供应链难题。

摩尔精英，为客户芯片流片保驾护航

以摩尔精英流片服务，可以提供完整的工艺平台，对接数十家主流晶圆代工厂，提供MPW、Full-mask及量产在内的不同工艺节点的流片服务，能够显著降低客户的商务成本和沟通成本。

另一方面，凭借自建的专业流片FAE团队，不仅为合作晶圆代工厂提供高效支持管理，也帮助中小公司的产品快速得到支持，协助客户选择最优工艺，并保障客户的数据安全。

摩尔精英流片服务参考流程

在产能方面，利用摩尔精英的know-how协助中小客户去争取产能（包括大订单、订单量趋势、提前排队、及时跟踪产能动态等），帮助客户降低成本和缩短芯片研发周期。

芯片流片如此昂贵，大多数发展中的设计公司，都没法承担流片失败的后果。正因如此，无论是从技术、商务还是产能方面，选择一家靠谱的第三方机构协助设计公司解决当前所遇到的供应链难点，提供最优解才显得至关重要。芯片设计企业、制造商以及相关的行业服务平台和机构应紧密合作，优势互补，携手解决困扰开发者的“流片难题”。

摩尔精英自2018年升级业务模式，投资建设2万平自有封测产能，合肥快封工程中心、重庆快封工程中心、无锡SiP封测中心相继投入运营，我们的服务能力，聚焦SiP封装、Flip-chip封装、快速工程封装，和基于自主ATE设备的量产测试服务。通过自有的封测一体交付能力，也为客户提供了从原型到量产的快速通道。

如您有流片需求可扫码咨询

END

关于摩尔精英

摩尔精英以“让中国没有难做的芯片”为使命，通过一站式芯片设计和供应链平台，结合自有封测工厂和设备的快速响应能力，给有多样化、定制化芯片需求的芯片和终端公司，提供长期、规模化、正规化、安全、高效的“从芯片研发到量产一站式交付”的解决方案，降低客户风险、加速产品上市、提高运营效率，助力客户解决中国芯片卡脖子问题。

公司成立于2015年，公司核心团队来自于IBM、SMIC、ASE等公司，具备丰富的供应链管理经验和能力。业务覆盖了800家芯片客户，在无锡、合肥、重庆多地布局2万平封装测试工厂，核心设备投资超过4亿元。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第3560期内容，欢迎关注。