麒麟980研发耗资3亿美元 3nm制程工艺研发资金将达到40-50亿美元

前两天网络疯传华为开发7nm工艺的麒麟980处理器投入了3亿美元，也就是20亿人民币，这还只是芯片的开发、验证、测试费用，没有算入芯片的生产制造费用。很多粉丝倒是为了华为如此大手笔投入兴奋，其实这事不是华为愿意花钱，而是先进工艺的半导体芯片研发投资越来越高，7nm芯片开发真的需要3亿美元，这个成本要比16/14nm节点高出一倍，而未来的5nm工艺芯片研发耗资需要5.4亿美元，3nm工艺就更烧钱了，工艺研发就需要40-50亿美元，晶圆厂建设需要150亿美元。

看过科普的读者应该了解半导体工艺越先进，制造出来的芯片性能越好，功耗越低，核心面积更小，成本更低——前面三个优点没什么问题，成本更低这个是针对核心面积减少，同样的晶圆下生产出来的芯片更多，这样会降低成本。

但是，芯片自身的成本只是整个芯片研发生产测试环节中的一部分，如果考虑总成本的话，先进工艺能不能降低成本就是另外一回事了，因为越先进的工艺制造难度也越高，导致从设计到生产再到封装测试都要花更多的钱，这个成本增长对芯片厂商来说更为重要，这个问题在28nm节点之后越来越严重，极大地提高了先进工艺的门槛。

老读者可能还记得这么一件事，在28nm节点上AMD首发了GCN架构的显卡，NVIDIA的进度比AMD要晚几个月，2012年网上曝光了一份NVIDIA的PPT资料，他们就提到了28nm工艺的种种不足，尤其是在成本上，28nm工艺带来的成本优势在减少。从这一点可以看出，业界在新工艺的成本上的担心是很多年前就在讨论的了，只不过这个问题一直没法解决，先进工艺所需要的投入成本越来越大。

在之前的IEDM会议上，AMD提到了一个例子，以制造同样250mm2的晶圆核心为例子，对比了45nm到7nm工艺的成本，45nm工艺的成本为100%基准的话，28nm工艺的成本大概是1.8，20nm节点是2.0，14/16nm节点略高于2.0，但是到了7nm节点，成本就增长到了4.0，相比现在的14/16nm工艺成本翻倍。

当然，即便成本翻倍了，AMD还是决定了押注7nm工艺，此前CTO已经如此表态了，7nm是他们的一个重大战略决策。

AMD举的例子中虽然意味着7nm工艺的晶圆核心成本翻倍，不过考虑到7nm工艺相比14/16nm工艺晶体管密度翻倍，再加上能效、性能的改进，这个结果似乎还不坏。不过上面的芯片成本依然只是部分成本，而且相对成本让人没什么感觉，那看看具体的数字吧。

在先进工艺成本上，专业的Semiengingeering网站之前刊发过一篇文章，介绍了不同工艺下开发芯片所需要的费用，其中28nm节点上开发芯片只要5130万美元投入，16nm节点需要1亿美元，7nm节点需要2.97亿美元，前两天网上传闻的麒麟980开发需要3亿美元的根源就在这里。

到了5nm节点，开发芯片的费用将达到5.42亿美元，3nm节点的数据还没有，大概是因为3nm现在还在研发初期，不好估算，但是从这个趋势来看，3nm芯片研发费用超过10亿美元也不会让人惊讶。

上述费用其实还不是全部的芯片开发费用，只是包含了芯片的IP授权、架构、验证、所用的软件工具等等费用。赛灵思在研发代号Everest的7nm工艺的FPGA芯片时提到他们费时4年，动用了1500名工程师才开发成功，项目耗资超过10亿美元。

赛灵思的FPGA芯片已经如此，想想更复杂的高端CPU、GPU芯片所需要的投资吧。

此外，除了研发投入高，先进工艺的晶圆厂投资也是直线上升，SI网站援引IBS机构的数据称，3nm制程工艺的研发投入就要40-50亿美元，而建设一座产能4万片晶圆/月的工厂还要投资150亿美元，这也解释了为什么台积电此前宣布的3nm晶圆厂需要200亿美元投资的原因了。