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流片的时间与金钱成本

E4Life 来源:电子发烧友网 作者:周凯扬 2022-09-22 08:16 次阅读
相对芯片大规模量产来说,前期的流片所需费用也不可小觑,尤其是对于不少Fabless公司来说,从第一版设计到定型,往往需要经历多次流片,从MPW、Full Mask到量产。设计失误或代工厂失误导致流片失败更是最让设计团队头疼的一件事,之所以每次流片验证是如此让人提心吊胆的过程,不仅是因为设计过程中付出的心血,还有流片所需的金钱与时间成本。

流片花费的时间

对于精力和产能都有限的这些晶圆代工厂来说,他们并不是随时都能帮助客户流片的,所以他们的MPW计划往往都有排期。首先,厂商要想找晶圆代工厂或第三方服务公司询问、预留并下达订单。排上之后提交自己的GDS数据,然后等待其他“拼车人”提交数据后再进入流片过程,最终等待芯片送到自己的手中。从设计提交截止到拿到芯片,可能需要半年以上的时间,这就是时间成本。

三星为例,三星的12英寸和8英寸晶圆厂都有开展MPW服务,其中12英寸目前最高公开提供5LPE这一5nm的工艺。一般来说,越是先进的工艺,往往每年的MPW流片次数就越少,比如台积电的CyberShuttle可能今年就只提供一次3nm的MPW服务。如何缩短这些MPW项目的周转时间,其实也是晶圆代工厂需要考虑的问题之一。
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三星MPW Shuttle 服务 / Samsung Foundry

然后就是流片的金钱成本了,以为光掩膜版的费用对于前期数量不多的试验片来说还是太贵了,所以不少厂商都选择了MPW这种共享光掩膜版的服务,定型后再走Full Mask。当然了,在MPW服务商,每家晶圆代工厂给出的定价其实并没有那么固定,而且不少先进工艺的定价也都是保密的,有的还需要签订NDA保密协议。所以我们一般只能通过第三方MPW服务公司提供的部分定价来获取公开信息。

几家晶圆厂的流片费用

格芯虽然没有参与到先进工艺的竞争中来,但无疑也是全球最大的几家晶圆代工厂之一了。格芯也与不少IC服务平台达成了合作,为不同地区提供MPW服务,所以他们的定价还算是比较公开的。以加拿大的CMC Microsystems给出的数据为例,格芯的12nm工艺12LP的定价为51525美元/mm2。还有一点需要注意的是,即便同为45nm工艺节点,但如果选择特种工艺,比如高压、硅光或射频等等,流片费用也还要再高一截的。
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台积电部分工艺的MPW费用 / MUSE Semiconductor
在CMC提供的台积电MPW服务中,最先进的工艺为28nm的28 HPC+RF节点,定价为16850美元/mm2。而专供台积电MPW服务的MUSE Semiconductor,却最高可以提供16nm的16 FFC/FFP工艺节点,定价为26500美元/mm2。但该工艺下支持Full Block流片,有4mm2的最小面积要求,且频率为两月开展一次。

作为国内的龙头企业,中芯国际自然也提供了MPW服务,不过定价也没有公开。中芯国际在国内的MPW服务中心就有15个之多,工艺上也涵盖了0.18微米到14纳米。根据中芯国际官网的说明,除了每月根据不同工艺提供多达六次共乘服务以外,还提供一年6次55纳米和一年各四次40纳米和28纳米的MPW服务,就频率来看还是挺高的。

成本的话,我们目前可以从一些学界的项目中可以有个大致的了解。比如中科院包云岗教授开展的第一期“一生一芯”计划中,他们的教学芯片就选择了中芯国际的110nm工艺,价格在20万一个Block左右。今年西安交通大学电信学部微电子学院公开的中芯国际55nm流片服务MPW采购项目中,他们选择了中芯国际的55nm射频CMOS工艺,面积为3mm*4mm,给出的预算金额为40万元。

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考虑到流片成本对一些初创企业和大学来说也确实很高,所以一些地方政府为了扶持集成电路设计产业的发展,也会给出一些优惠政策,比如国家集成电路设计深圳产业化基地与晶圆代工厂合作打造的MPW流片平台,就对单位/企业、创客和大学在不同的工艺节点上提供了不同程度的优惠,虽然这仅仅这对成熟工艺,但从30%到90%的优惠力度其实已经相当大了。而从上表的总额限制中,其实也可以看出这几个成熟工艺节点在成本上的差距。

晶圆厂积极参与MPW流片

与此同时,晶圆代工厂也开始积极与学研界合作,比如中芯国际就北大清华、东南大学等合作MPW项目。台积电也和台湾半导体研究中心达成合作,对于一些学界的MPW芯片项目提供优惠,甚至对于一些优秀成果产出提出更高的优惠,比如研究中心发表ISSCC论文的项目,可以享受免审查且百分百报销的服务(有工艺节点、芯片数量和总金额的限制)。

目前像美国的Skywater等晶圆代工厂也开始对开源芯片提供免费的MPW服务,只不过这些免费服务提供的工艺并不算先进,而且还是得由谷歌或者政府这样的靠山提供成本支持。不然的话别说免费或增加排期了,哪怕维持这样一个服务频率对晶圆代工厂来说都是一件吃力不讨好的事。


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