流片為什么這么貴？有沒有什么辦法來降低流片成本？

都知道，芯片研發(fā)是一件特別燒錢的事兒，對于流片（Tape-out）大家一定都不陌生。所謂流片，就是像流水線一樣通過一系列工藝步驟制造芯片，簡單來說就是芯片公司將設(shè)計好的方案，交給晶圓制造廠，先生產(chǎn)少量樣品，檢測一下設(shè)計的芯片能不能用，根據(jù)測試結(jié)果決定是否要優(yōu)化或大規(guī)模生產(chǎn)。為了測試集成電路設(shè)計是否成功，必須進(jìn)行流片，這也是芯片設(shè)計企業(yè)一般都在前期需要投入很大成本的重要原因。

但流片是一件非常燒錢的事，哪家企業(yè)都經(jīng)不住流片失敗的折騰，多幾次流片失敗，很可能就會把公司搞垮。董明珠的格力曾號稱砸?guī)装賰|搞芯片，但后續(xù)也沒有了消息。2019年曾傳出小米旗下松果電子的澎拜S2系列芯片連續(xù)5次流片失敗，設(shè)計團(tuán)隊重組的慘痛案例。更有網(wǎng)友戲謔，“流片一次等于上海一套大平層”，甚至還放出了不同工藝類型流片一次的花費。

流片為什么這么貴

流片的價格為什么這么貴？這就要提到芯片的制造原理了。芯片制造要在指甲蓋大小的芯片里放上億個晶體管，制造工藝已經(jīng)到了肉眼不可見的納米級，只能用光刻來完成。光刻就是用光刻出想要的圖形，光刻需要用到掩膜版（又稱光罩，Mask），掩膜版就是把設(shè)計好的電路圖雕刻在上面，讓光通過后，在晶圓上刻出圖形。這個東西的原材料不值錢，但制造它的機器特別貴，所以到手的掩膜版也十分昂貴。

掩膜版是微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移工具或母版，其功能類似于傳統(tǒng)照相機的“底片”，根據(jù)客戶所需要的圖形，通過光刻制版工藝，將微米級和納米級的精細(xì)圖案刻制于掩膜版基板上，是承載圖形設(shè)計和工藝技術(shù)等內(nèi)容的載體。

這種從掩膜版的圖形轉(zhuǎn)換到晶圓上的過程，有點類似印鈔機的工作流程。把***想象成印鈔機，晶圓相當(dāng)于印鈔紙，掩膜就是印版，把鈔票母版的圖形印到紙張上的過程，就像***把掩膜版上的芯片圖形印到晶圓上一樣。

掩膜版的價格主要取決于芯片所選用的“工藝節(jié)點”，工藝節(jié)點越高、流片價格就越貴。這是因為越先進(jìn)的工藝節(jié)點，所需要使用的掩膜版層數(shù)就越多。據(jù)IBS數(shù)據(jù)顯示，在16/14nm制程中，所用掩膜成本在500萬美元左右，到7nm制程時，掩膜成本迅速升至1500萬美元。

掩膜版的總體費用，包括石英，光刻膠等原材料的成本，Mask Writer和Inspection等機臺的使用成本，另外還有掩膜版相關(guān)數(shù)據(jù)的生成，包括OPC、MDP等軟件授權(quán)、服務(wù)器使用和人工開發(fā)成本等等。對于一款芯片，動輒幾十層的掩膜版，需要如此多的步驟，設(shè)備、軟件、人員缺一不可，費用自然昂貴。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，某晶圓代工廠（Foundry） 40nm流片的光罩成本大約60-90萬美元；進(jìn)入量產(chǎn)之后，每片晶圓可能3000-4000美元左右，所以，當(dāng)前期生產(chǎn)5-25片進(jìn)行產(chǎn)品驗證用，Mask成本是主要的；如果量產(chǎn)很多，Mask的成本平攤到每片晶圓以后就很少了，那么則是晶圓主導(dǎo)成本。準(zhǔn)確的說應(yīng)該是平均到每一顆芯片上的費用便宜了，而不是總的流片費用便宜了。

如何降低流片成本

那么，面對流片價格高的問題，有沒有什么辦法來降低成本？

MPW** (Multi Project Wafer) 就是一種可以幫助設(shè)計企業(yè)降低成本的流片方式。** MPW是指由多個項目共享某個晶圓，同一次制造流程可以承擔(dān)多個IC設(shè)計的制造任務(wù)，將多個使用相同工藝的集成電路設(shè)計放在同一晶圓上流片，制造完成后，每個設(shè)計可以得到數(shù)十片芯片樣品，這一數(shù)量對于原型設(shè)計階段的實驗、測試已經(jīng)足夠。

通俗來講就是幾家公司或機構(gòu)一起購買一套掩膜版，然后生產(chǎn)出來的同一片晶圓上會同時存在有好幾款芯片，待晶圓切割后，再把各自的芯片“領(lǐng)回家”。而該次制造費用就由所有參加MPW的項目按照芯片面積分?jǐn)?，極大地降低了產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險。MPW帶來的好處是顯而易見的，采用多項目晶圓能夠降低芯片的生產(chǎn)成本，為設(shè)計人員提供實踐機會，并促進(jìn)了芯片設(shè)計的成果轉(zhuǎn)化，對IC設(shè)計人才的培訓(xùn)，中小設(shè)計公司的發(fā)展，以及新產(chǎn)品的開發(fā)研制都有相當(dāng)大的促進(jìn)作用。

對比來看，共享Mask的好處就是省錢，但是可能要等代工廠的時間節(jié)點，需要更多的時間。對于那些不差錢或趕時間的企業(yè)當(dāng)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為自己的設(shè)計來服務(wù)，通常用于設(shè)計定型后的量產(chǎn)階段。但是，在當(dāng)前產(chǎn)能嚴(yán)重緊缺的情況下，代工廠面對不同客戶的產(chǎn)品需求、競爭優(yōu)勢、市場前景和計劃等態(tài)度是完全不同的，代工廠會綜合考慮客戶下單量，后續(xù)下單穩(wěn)定性以及產(chǎn)品所面向的市場前景來做判斷。

實際上，對于大部分的中小企業(yè)來說，除了價格以外，在流片或量產(chǎn)環(huán)節(jié)還面臨著包括產(chǎn)能、交期在內(nèi)的諸多挑戰(zhàn)：

1.對Foundry體系不了解，缺乏工藝選型的經(jīng)驗和Foundry打交道的經(jīng)驗；

2.主流Foundry準(zhǔn)入門檻高，新興玩家難以申請預(yù)期的工藝或支持，溝通成本高；

3.缺乏系統(tǒng)的供應(yīng)鏈管理能力，尤其在量產(chǎn)產(chǎn)能爬坡階段，對產(chǎn)能、交期、質(zhì)量過于樂觀；

4.產(chǎn)能緊缺情況下，缺乏備貨機制，恐慌性下單或有了訂單再下單導(dǎo)致產(chǎn)能跟不上市場需求。此外，交期的變化、產(chǎn)能的波動都會大大增加初創(chuàng)公司與晶圓代工廠的溝通成本，降低效率。

對此，中小芯片設(shè)計企業(yè)可以尋求有資源、有經(jīng)驗的第三方流片服務(wù)平臺進(jìn)行合作，一同來解決遇到的供應(yīng)鏈難題。

審核編輯：劉清