IC的成本

一言以蔽之:一般來說,IC的成本最大比例是wafer cost。

一顆IC的成本大致可以分為:

  • 開發成本
  • 光罩成本
  • 晶片成本
  • 封裝測試成本

開發成本

IC的開發成本是很高的,舉例來說,根據IC設計大廠聯發科在2023年第三季合併財務報告顯示,其每100元的營業收入,對應的研究發展費用支出為26元。研發費用,包括包括computing farm的機器、EDA軟體授權……等,但最大比例就是工程師的薪水和分紅了。

一顆大型的IC需要非常多的工程師,根據報導,在2007年的iPhone工程師就需要數百名了,這還只是第一代iPhone,目前新一代的大型IC,動員的軟硬體工程師動輒上千人,要養活這些員工自然是需要不少的成本。根據網站統計,美國的半導體設計工程師的年薪中位數大約是88000美金,假設2000名工程師工作一年設計一顆IC,那麼IC開發的人力成本就是US$264M、新臺幣83億元。

由於美國的物價水平高,所以美國工程師的薪酬也比較高,因此有些美商就會到海外(例如大陸、印度、臺灣……等地)設置分公司,聘用當地員工來研發以降低人力成本。

光罩成本

光罩成本,也會算在研發費用支出的一環,因為不管IC賣出去幾顆,只要有tape-out,就要負擔光罩費用。如果一次tape-out就搞定,就付一套光罩錢;如果二次tape-out就搞定,就付二套光罩錢;……以此類推。

第一次tape-out一定是整套的full layer光罩,稱為NTO(new tape-out),第二次以後的tape-out可以仍然出整套的NTO,也可以只出半套的metal ECO,稱為RTO(re-tape-out)。由於RTO會reuse之前舊的光罩,不整套重做,所以光罩費用比NTO低,甚至也可以只指定改一層metal layer即可,成本就更低。

依照不同的製程,光罩的數量也不一樣多,下表是TSMC在不同製程的大致光罩數量,可以發現,越新的製程,光罩數量越多。(少數節點有光罩數持平的現象,是因為換FinFET或引進EUV mask。)

製程0.13um90nm65nm40nm28nm20nm16nm10nm7nm5nm
光罩數量29333745505654667472
Reference: https://anysilicon.com/when-and-why-should-you-choose-an-asic/

光罩數量的增加,當然會讓光罩成本線性上升。然而不僅如此,在新製程中,每一道光罩的成本也增加了,所以整套光罩成本是幾何性地增加。根據估計,一套16nm光罩需要新臺幣1億元,已經是天價了,到了2nm,光罩居然要價新臺幣30億元,難怪根本沒有幾家公司做得起。

製程12nm6nm5nm2nm
光罩成本US$3M~5MUS$10MUS$40M~50MUS$100M
Reference: https://www.granitefirm.com/blog/us/2023/04/29/cost-of-chip-foundry/

晶片成本

前面我們估計,大型IC的開發人力成本約US$264M,三套3nm光罩成本約US$225M,就當是暢銷的IC好了,可以賣個三千萬顆,分攤下來,每一顆IC的研發成本約為US$16。

根據IC設計大廠聯發科在2023年第三季合併財務報告顯示,其每100元的營業收入,對應的營業成本支出為53元,這數字比研發成本還高。也就是說,雖然開發的人力成本、光罩成本很高,但最高的成本還是來自於晶片的製作成本。

根據報導,一片2nm wafer要價約30000美金,而一片3nm的wafer要價約20000美金。參考iPhone歷年來的die size,每一顆die大約是100mm²,就拿12吋3nm晶圓來算好了,一片wafer上可以產出約600顆die,扣除不良品,大概可以得到500顆good die,那麼每一顆die的成本就是US$20000/500=US$40。這樣估計下來,果然晶片成本比研發成本還高。

封裝測試成本

有些大型IC的封裝是很複雜的,用到一些先進的封裝技術,像是3D IC等等,不過網路上揭露的報導很少,大致只能估計個US$1~5這個等級。

至於測試成本就更低了,大致是US$1這個等級。