300毫米晶圆多少钱块，一颗就要2900元5nm芯片成本出炉苹果华为注定很昂贵

来源：整理时间：2023-08-11 16:55:53 编辑：亚灵电子网手机版

1，一颗就要2900元5nm芯片成本出炉苹果华为注定很昂贵

此前苹果已经发布了A14芯片，作为全球首颗采用台积电5nm工艺的芯片，其集成118亿个晶体管，在性能和能效上相比A13都有一定提升。但A14芯片采用台积电5nm工艺，所付出的代价也是相当高的！最近美国CSET的一份研究报告指出，台积电5nm制造的12吋晶圆成本约为16988美元，远高于7nm约为9346美元的成本，该报告同时还估算出了每颗5nm芯片的制造成本。以英伟达P100 GPU为例，这款产品采用台积电的16nm节点处制造，包含了153亿个晶体管，裸片面积为610平方毫米。若按此计算，每片300mm直径的晶圆只可以制造71.4颗5nm芯片，平摊单颗芯片成本将高达238美元，约合1600元人民币。事实上这还只是晶圆制造成本，而一颗芯片的诞生还需要包含设计成本和封装、测试成本，这部分的成本也是非常高的。有市场研究机构给出数据，芯片的成本迅速暴增，7nm芯片设计成本为3.49亿美元， 5nm芯片设计成本将增至4.76亿美元。也就是说，像设计一款A14或者麒麟5nm芯片，总成本可能高达近5亿美元。该机构通过调查估算后，给出了每颗芯片的设计和封装、测试成本，分别为108美元和80美元。如果这份研究报告的准确性高的话，那么意味着一颗5nm芯片支付的总成本将可能达到426美元，约合2900元人民币。从这份数据大概能够了解到5nm芯片的成本高昂，所以今年苹果和华为的旗舰机注定不便宜了。不过好在，手机芯片和英特尔GPU的尺寸还是有些差异的。之前有业内人士表示， 12吋晶圆大概能够切割出400颗麒麟9000芯片。若按此计算，单颗制造成本为42美元，约合287元人民币，加上设计和封装、测试成本，一颗芯片的最终成本可能在230美元左右，也就是1570元人民币。当然，这么估算也只是最理想的状态，考虑到5nm工艺才开始正式量产，所以可能会有比较高的损耗，同时光刻机的成本也极高，因为要重度依赖极紫外光EUV技术，而一台EUV光刻机的价格高达1.2亿美元。昂贵的设备和工艺成本，推动了芯片价格的上涨，这是无法避免的。正如2018年的时候，对于媒体咨询5nm的价格，台积电官方表示，预计在5nm投资了250亿美元，到时候各位就知道以后价格是多少了！所以从这些情况来看，5nm芯片价格肯定是要提升了，如此一来手机厂商肯定也坐不住了，自然要考虑提升手机的价格的事情。正因为在成本上提升了很多，所以多方消息都有爆料，苹果今年将对部分配件和配置进行阉割，以降低综合成本。为了控制成本，同时巩固自身的优势，苹果已经率先砍下一刀，基础版iPhone 12预计不会送充电器和耳机了，目的就是为了避免让手机的价格过度上涨导致不好卖。如今摆在安卓厂商面前的困难越来越明显了， 5nm芯片价格上涨已成必然。当芯片涨价后，手机的综合成本也将涨上去，那时候安卓厂商究竟是维持原价减少利润销售，还是像苹果一样“自砍一刀”，把充电器也取消掉呢？

一颗就要2900元5nm芯片成本出炉苹果华为注定很昂贵

2，投资16亿欧元英飞凌300毫米薄晶圆功率半导体工厂启动运营

易车讯 2021年9月17日——英飞凌科技股份公司今日宣布，其位于奥地利菲拉赫的300毫米薄晶圆功率半导体芯片工厂正式启动运营。这座以“面向未来”为座右铭的芯片工厂，总投资额为16亿欧元，是欧洲微电子领域同类中最大规模的项目之一，也是现代化程度最高的半导体器件工厂之一。欧盟委员Thierry Breton、奥地利总理Sebastian Kurz、英飞凌科技股份公司首席执行官Reinhard Ploss博士、英飞凌科技奥地利股份公司首席执行官Sabine Herlitschka博士共同出席了新工厂的开业庆典。着眼于通过增效减排来实现长期盈利性增长，英飞凌早在2018年就宣布新建一座芯片工厂，用于生产功率半导体器件（高能效芯片）。英飞凌首席执行官Reinhard Ploss博士表示：“新工厂是英飞凌发展史上的又一重要里程碑，其启动运营对于我们的客户来说也是重大利好消息。由于全球对功率半导体器件的需求不断增长，当前正是新增产能的最好时机。过去几个月的市场形势已经清楚地表明，微电子技术至关重要，几乎涵盖了生活的各个领域。随着数字化和电气化进程的加快，我们预计未来几年全球对功率半导体器件的需求将持续增长。新增产能将帮助我们更好地为全球客户提供长期的优质服务。” 全球芯片市场的形势表明，投资于创新技术对于未来发展而言非常重要。在当今世界，微电子技术是占据主导地位的关键技术，数字化领域的相关研发、系统和技术均以此为基础。在业内，英飞凌的产能扩张对于维持全球供应链稳定具有里程碑式的意义。首批产品目前正在出货经过三年的准备和建设，新工厂于8月初投产，比原计划提前了3个月。首批晶圆将在本周完成出货。在扩大产能的第一阶段，所产芯片将主要用于满足汽车行业、数据中心、以及太阳能和风能等可再生能源发电领域的需求。在公司整体层面，新工厂有望为英飞凌带来每年约 20 亿欧元的销售额提升。菲拉赫工厂生产的半导体将用于多种应用。因此，新工厂将使英飞凌能够服务于电动汽车、数据中心以及太阳能和风能领域对功率半导体不断提升的市场需求。从数字上来看，规划的工业半导体年产能将能够满足发电量总和约1,500 TWh的太阳能系统之所需，而这约是德国年耗电量的三倍。英飞凌科技奥地利股份公司首席执行官Sabine Herlitschka博士表示：“这项投资表明，在竞争激烈的微电子领域，欧洲有能力成为极具吸引力的生产基地。通过这项投资，我们也树立了全新的标杆。菲拉赫新厂生产的高能效芯片，将成为推动能源转型的核心力量。通过新工厂，英飞凌正在为《欧洲绿色协议》（European Green Deal）目标的实现乃至为全球的低碳节能发展做出积极贡献。我们已经做好了面向未来的准备！”高能效芯片助力打造绿色环保产品多年来，英飞凌的产品一直在为提高能源效率乃至气候保护做出贡献。作为英飞凌全球功率半导体的专业核心，菲拉赫工厂在这些解决方案中发挥着重要作用。这些高能效芯片可以智能地控制电源开关，可以显著降低诸如家用电器、LED照明设备和移动设备等众多应用的能耗，从而最大限度地减少碳排放。例如，现代半导体器件能够将冰箱的能耗降低40%，将建筑照明的能耗降低25%。得益于菲拉赫工厂的产品组合，采用新生产设施所生产的产品能够减少超过 1300 万吨的二氧化碳排放。这相当于欧洲 2000 多万居民产生的二氧化碳量。高效节能的工厂在菲拉赫工厂的建设过程中，英飞凌特别注意进一步改善能源使用状况：通过冷却系统的废热智能回收利用，能够满足工厂80%的供暖需求，每年减少约2万吨二氧化碳排放。另外，废气净化系统的广泛使用，让直接排放几乎为零。在可持续生产和循环经济方面的另一重要里程碑，是绿氢的生产和回收。自2022年初开始，生产过程中所需的氢气将直接在菲拉赫工厂利用可再生能源来制备，从而消除原生产和运输环节中的二氧化碳排放。绿氢在用于芯片生产后将被回收，为公交巴士提供动力。这一双重使用绿氢的项目在欧洲是独一无二的。通过这些举措，菲拉赫新厂正在发挥重要作用，大力推动英飞凌在2030年实现碳中和目标。高度现代化的芯片工厂将欧洲的两个生产基地连接在一起，形成了一个巨型工厂新工厂的总占地面积约为6万平方米，产能将在未来4到5年内逐步提升。工厂运营所需的400名高素质专业人士中，有三分之二已经到岗。该工厂是世界上最现代化的芯片工厂之一，依靠的是全自动和数字化。作为“学习型工厂”（learning factory）, 人工智能解决方案将广泛用于预测性维护。联网化的工厂将能够基于大量的数据分析和模拟，提早预知何时需要维护。在自动化和数字化的基础上，英飞凌百尺竿头，更进一步。英飞凌科技股份公司管理委员会成员兼首席运营官Jochen Hanebeck表示：“英飞凌现在有两座用于生产功率半导体器件的大型300毫米薄晶圆芯片工厂，一座位于德累斯顿，另一座位于菲拉赫。两座工厂基于相同的标准化生产和数字化理念，使得我们能够像控制一座工厂一样，来控制两座工厂的生产运营，不仅进一步提高了产能，而且能够为客户提供更高的灵活性。这是因为，我们能够在两座工厂之间迅速调整不同产品的产量，从而更加快速地响应客户需求。这两家工厂实质上“合体”成为同一个巨型虚拟工厂，成为英飞凌在300毫米制造领域树立的新标杆，能够进一步提高资源和能源使用效率、优化环境足迹。全球300毫米薄晶圆技术和功率半导体领域的开拓者芯片在300毫米薄晶圆上进行生产制造，而薄晶圆的厚度只有40微米，比人的发丝还要细。菲拉赫是英飞凌功率半导体的专业核心，长期以来一直是公司生产制造网络中一个非常重要的、具有创新性的基地。约十年前，英飞凌在这里成功开发出了在300毫米薄晶圆上生产功率半导体的技术，并于近几年在德累斯顿工厂实现了全自动化批量生产。由于晶圆直径较大，这种技术的使用带来了显著的产能优势，并降低了资本开支。

投资16亿欧元英飞凌300毫米薄晶圆功率半导体工厂启动运营

3，为什么cpu贵沙子很便宜啊

因为制造工艺复杂，（1）硅提纯首先是从高纯度硅砂里提纯出来，在硅提纯的过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。以往的硅锭的直径大都是300毫米，而CPU厂商正在增加300毫米晶圆的生产。（2）切割晶圆　硅锭造出来了，并被整型成一个完美的圆柱体，接下来将被切割成片状，称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。（3）影印（Photolithography）在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质，紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰，必须制作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程，每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。　（4）蚀刻(Etching)这是CPU生产过程中重要操作，也是CPU工业中的重头技术。蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上，使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜，以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。　　然后，曝光的硅将被原子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，以制造出N井或P井，结合上面制造的基片，CPU的门电路就完成了。（5）重复、分层　　为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍，形成一个3D的结构，这才是最终的CPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。Intel的Pentium 4处理器有7层，而AMD的Athlon 64则达到了9层。层数决定于设计时CPU的布局，以及通过的电流大小。（6）封装　　这时的CPU是一块块晶圆，它还不能直接被用户使用，必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中，这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同，但越高级的CPU封装也越复杂，新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升，并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。（7）多次测试　　测试是一个CPU制造的重要环节，也是一块CPU出厂前必要的考验。这一步将测试晶圆的电气性能，以检查是否出了什么差错，以及这些差错出现在哪个步骤（如果可能的话）。接下来，晶圆上的每个CPU核心都将被分开测试。　　由于SRAM（静态随机存储器，CPU中缓存的基本组成）结构复杂、密度高，所以缓存是CPU中容易出问题的部分，对缓存的测试也是CPU测试中的重要部分。　　每块CPU将被进行完全测试，以检验其全部功能。某些CPU能够在较高的频率下运行，所以被标上了较高的频率；而有些CPU因为种种原因运行频率较低，所以被标上了较低的频率。最后，个别CPU可能存在某些功能上的缺陷，如果问题出在缓存上，制造商仍然可以屏蔽掉它的部分缓存，这意味着这块CPU依然能够出售，只是它可能是Celeron等低端产品。制造CPU的基本原料如果问及CPU的原料是什么，大家都会轻而易举的给出答案—是硅。这是不假，但硅又来自哪里呢？其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧，价格昂贵，结构复杂，功能强大，充满着神秘感的CPU竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑细选，从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下，如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成CPU，那么成品的质量会怎样，你还能用上像现在这样高性能的处理器吗？除去硅之外，制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止，铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料，而铜则逐渐被淘汰，这是有一些原因的，在目前的CPU工作电压下，铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题，就是指当大量电子流过一段导体时，导体物质原子受电子撞击而离开原有位置，留下空位，空位过多则会导致导体连线断开，而离开原位的原子停留在其它位置，会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能，进而导致芯片无法使用。这就是许多Northwood Pentium 4换上SNDS（北木暴毕综合症）的原因，当发烧友们第一次给Northwood Pentium 4超频就急于求成，大幅提高芯片电压时，严重的电迁移问题导致了CPU的瘫痪。这就是intel首次尝试铜互连技术的经历，它显然需要一些改进。不过另一方面讲，应用铜互连技术可以减小芯片面积，同时由于铜导体的电阻更低，其上电流通过的速度也更快。除了这两样主要的材料之外，在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料，它们起着不同的作用，这里不再赘述。 CPU制造的准备阶段在必备原材料的采集工作完毕之后，这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料，硅的处理工作至关重要。首先，硅原料要进行化学提纯，这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要，还必须将其整形，这一步是通过溶化硅原料，然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。而后，将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过，许多固体内部原子是晶体结构，硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求，整块硅原料必须高度纯净，及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出，此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看，硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的，不过只要企业肯投入大批资金来研究，还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元，新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高，功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程。在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后，下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片，切片越薄，用料越省，自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑，之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要，它直接决定了成品CPU的质量。新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料，而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙，彼此之间发生原子力的作用，从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺（互补型金属氧化物半导体）。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下，切片被掺入化学物质而形成P型衬底，在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计，这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下，必须尽量限制pMOS型晶体管的出现，因为在制造过程的后期，需要将N型材料植入P型衬底当中，而这一过程会导致pMOS管的形成。在掺入化学物质的工作完成之后，标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度，空气成分和加温时间，该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中，门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分，晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动，通过对门电压的控制，电子的流动被严格控制，而不论输入输出端口电压的大小。准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果，而且在光刻蚀过程结束之后，能够通过化学方法将其溶解并除去。光刻蚀这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤，为什么这么说呢？光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕，由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量，而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步（每一步进行一层刻蚀）。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话，可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比，甚至还要复杂，试想一下，把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上，那么这个芯片的结构有多么复杂，可想而知了吧。当这些刻蚀工作全部完成之后，晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上，然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质，而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。掺杂在残留的感光层物质被去除之后，剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后，另一个二氧化硅层制作完成。然后，加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料（因此称作金属氧化物半导体），多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀，所需的全部门电路就已经基本成型了。然后，要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击，此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接，没个晶体管都有输入端和输出端，两端之间被称作端口。重复这一过程从这一步起，你将持续添加层级，加入一个二氧化硅层，然后光刻一次。重复这些步骤，然后就出现了一个多层立体架构，这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接，而Athlon64使用了9层，所使用的层数取决于最初的版图设计，并不直接代表着最终产品的性能差异。接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试，包括检测晶圆的电学特性，看是否有逻辑错误，如果有，是在哪一层出现的等等。而后，晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。而后，整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中，那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装，这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后，还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品，一些芯片的运行频率相对较高，于是打上高频率产品的名称和编号，而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造，打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷（这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪），那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量，降低了性能，当然也就降低了产品的售价，这就是Celeron和Sempron的由来。在CPU的包装过程完成之后，许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏，且产品完全遵照规格所述，没有偏差。我们希望这篇文章能够为一些对于CPU制作过程感兴趣的人解答一些疑问。毕竟作者水平有限，不可能以专业的水平把制作过程完全展示给您，如果您有兴趣继续钻研，建议您去阅读一些有关集成电路制造的高级教材。

为什么cpu贵沙子很便宜啊