摩尔定律经济效益不再？更先进的5nm、3nm工艺成本只会更贵

在之前的一篇有问有答中，我们解释过先进半导体工艺对CPU性能的影响，通常来说制程工艺越先进，芯片晶体管集成度越高，核心面积越小，成本越低，而性能会更强，不过这个说法是针对单一芯片而言的，如果放到全局来考虑就不一样了。台积电、三星此前都宣布了5nm EUV工艺，据悉苹果明年的A14处理器就会用上5nm EUV工艺，再下一代可能就是3nm工艺了，但是使用先进工艺的代价也是极高的，虽然晶体管密度会有数倍提升，但是总的芯片成本也从会16nm工艺的16美元左右增长到30美元。

在全球半导体制造厂商中，有能力也有资金进军10nm以下节点的工厂就剩下英特尔、台积电、三星了，其中英特尔是自产自销，代工厂商只有三星、台积电可选，这两家公司在下一代工艺上也竞争激烈，工艺路线图已经规划到了5nm、3nm级别，而且用于建厂的投资都是200亿美元级别的，投资巨大。

即便是进入到5nm、3nm工艺，制程提升带来的性能进步越来越小，台积电、三星公布的5nm工艺晶体管性能提升只有15-20%左右的水平，而摩尔定律的失效引发的问题不只是性能提升不尽如人意，还有成本的大幅上涨，这个问题可能比性能提升更麻烦。

IBS公司此前基于苹果A系列处理器做过模拟，预估苹果在升级到10nm、7nm、5nm及3nm工艺之后的A系处理器晶体管密度、芯片面积、芯片成本等问题，其中16nm工艺下，芯片核心面积及约为125mm2，晶体管数量33亿，每个晶圆毛产量478片，净产量是359.74篇，晶圆报价是5912美元，算下来每10亿晶体管成本约为4.98美元，核心成本则是16.43美元。

从16nm到10nm到5nm再到3nm，晶体管一路提升，从16nm的33亿增长到3nm的141亿，晶体管密度是不断增加的，同时苹果处理器的核心面积会缩小，不过10nm之后会维持在83-85mm之间，也导致每片晶圆产出的核心数量稳定在510到540片左右。

但是制程工艺越先进，难度越来越高，导致晶圆代工的价格大幅上升，从16nm工艺的5912美元一路涨到7nm的1万美元再到3nm工艺的1.5万美元，这也导致了5nm、3nm工艺的芯片成本涨到24、30美元，其中3nm工艺下接近16nm工艺成本的两倍了。

考虑到16nm到3nm工艺之间历经多代工艺升级，两倍成本似乎不是不能接受，但是要考虑到电子产品在摩尔定律的支持下原本是要快速降低成本的，随着时间的推移，电子产品价值也是在降低的，所以芯片成本翻倍上涨对苹果以及其他厂商的考验是非常大的。

此外，这里谈的还是芯片的制造成本，研发成本也是随着工艺进步大幅提升的，专业网站Semiengingeering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，到5nm节点就是5.4亿美元了，3nm工艺的设计费用现在还是未知数，按照这个比例算下去涨到10亿美元也不是不可能。

如果算上研发、设计、流片等成本，未来5nm、3nm工艺的芯片成本恐怕要高到让人咋舌了，能够跟进最先进工艺的厂商只会越来越少。

来源：超能网