台积电5nm芯片的制造成本曝光

作为全球最大最先进的芯片代工厂，台积电在半导体制程工艺技术上一骑绝尘，是全球首家量产5nm工艺的芯片代工厂，苹果最新推出的A14处理器就是采用了台积电的5nm工艺制造的。不过，随着摩尔定律的持续推进，制程工艺的提升越来越困难，成本也越来越高。

最近，有人发表了对台积电晶圆成本和价格的估计。毫不奇怪，每一种新的制造技术都使晶片的加工变得越来越昂贵，因为节点往往需要更多的资金。台积电最新的N5（5nm）制造工艺在每片晶圆上显得特别昂贵，因为它是新晶圆，但是其晶体管密度使其特别适合晶体管数量众多的芯片。

著名的半导体博客作者RetiredEngineer发布了一张表格，其中按台积电计算了2020年台积电每个假设芯片的销售价格。该表格的来源未提及，但可能来自于一份涵盖代工业务和制造商的最新半导体报告。

该模型基于假想的5nm芯片，该芯片大小为Nvidia P100 GPU（610 mm2，907亿个晶体管，速度为148.2 MTr / mm2）。就每个图案化的300毫米晶圆的晶圆代工销售价格而言，该模型考虑了诸如CapEx，能耗，折旧，组装，测试和包装成本，晶圆代工营业利润率以及其他一些因素。同时，每个芯片的代工销售价格还包括设计成本，但是这个数字因公司而异，并且因节点而异（即，不同公司的610 mm2 5nm的设计成本不同，并且610 mm2芯片的实现方式也不同）由于设计规则和IP的不同，每个节点之间也是如此），因此应不是一成不变的。

据估计，台积电出售使用其N5技术处理的300mm晶圆，售价约为16,988美元（约合114820元）。相比之下，这家全球最大的半导体合同制造商对使用其N7节点图案化的300mm晶圆的价格约为9,346美元（约合63168元），对于使用16nm或12nm技术制造的300mm晶圆的价格为3,984美元（约合26927元）。

如今，有许多因素使台积电的N5节点使用起来如此昂贵。首先，台积电在几个月前开始生产5nm芯片，其晶圆厂及其使用的设备尚未贬值。其次，N5在很大程度上依赖于极紫外光刻技术的使用，并且最多可以在14层上使用。根据ASML的说法，每月每个大约45,000个晶圆开始，一个EUV层就需要一个Twinscan NXE步进扫描系统。据信，每个EUV工具的成本约为1.2亿美元，而且这些扫描仪的运行成本也相当高。鉴于台积电的体积，其N5技术需要大量此类扫描仪。因此，台积电要折旧N5所用的晶圆厂和设备将花费一些时间。

但是，即使按当前成本计算，由于其高晶体管密度和性能，对于高度复杂的芯片制造商来说，使用台积电的领先工艺也很有意义。根据提供的数字，使用N5制造610mm2芯片的成本为238美元（约合1608元），而使用N7生产同一芯片的成本为233美元（约合1574元。在16 / 12nm节点上，同一处理器将大得多，制造成本为331美元（约合2237元）。与N7相比，在N5时，芯片不仅会相对较小（更精确地说为610mm2），而且在给定功率下运行速度也会快15％，或者在给定频率下功耗会减少30％。

台积电（TSMC）表示，其N5的寿命同时具有比N7更低的缺陷密度，因此芯片设计人员可以预期，最终基于N5的芯片的产量通常会高于基于N7的IC。鉴于N5用EUV单图案替代DUV多图案这一事实，后者是值得期待的。

在节点之间进行这种比较时要记住的一件事是，尽管它是基于台积电和整个半导体行业的数据，但实际数字尚未得到台积电的证实，因此它们可能并不完全准确，以上数字，仅作参看。

编辑：芯智讯-林子   来源：快科技、互联范儿