封装机 赢家通吃的暴利？从晶圆到封装机，彻底说透一枚芯片究竟值多少

文字|铁流

来源|网易

编者|扑克投资者，请注明出处

集成电路行业的特点是赢家通吃。像英特尔这样的巨头，巅峰时期可以盈利高达60%。

那么，几百块或者几千块的CPU实际成本是多少呢？

芯片硬件成本构成

芯片的成本包括硬件成本和芯片的设计成本。

芯片硬件成本包括芯片成本+掩膜成本+测试成本+封装成本四个部分，也去除了测试封装的废件。

用公式表示如下:

芯片硬件成本=/最终成品率

把上面的名字简单解释一下，方便普通人理解，懂得做事的可以略过。

从二氧化硅到市场上销售的芯片，都需要制作工业硅、电子硅，然后切割抛光制成晶圆。晶圆是制造芯片的原材料，芯片成本可以理解为每个芯片所用材料的成本。一般情况下，尤其是产量足够大，拥有自主知识产权的情况下，芯片成本占比最高。但是也有例外，在下一包费用中介绍了一些精彩的例子。

封装就是把基板、核心、散热片堆在一起，从而形成大家每天都能看到的CPU。包装成本是这个过程中需要的资金。在产量巨大的一般情况下，封装成本一般占硬件成本的5%-25%左右，但IBM的部分芯片封装成本约占总成本的一半，据说最高已达到70%......

测试可以识别每个处理器的关键特性，如最高频率、功耗、发热等。，并确定处理器级别，比如将一堆芯片分为i5460、I5 4590、I5 4690、I5 4690K等。，然后Intel可以根据不同的级别提供不同的价格。然而，如果芯片产量足够大，测试成本可以忽略不计。

面膜成本就是采用不同工艺的成本。比如40/28nm工艺很成熟，成本低——40nm低功耗工艺掩膜成本200万美元；28nm SOI工艺400万美元；28海里的HKMG耗资600万美元。

光刻机的掩模台曝光

但在工艺技术先进之初，成本是相当高的——2014年14nm工艺刚出现时，掩膜成本是3亿美元；英特尔正在开发的10纳米制程。据英特尔官方估计，口罩成本至少需要10亿美元。

但是如果芯片是以十亿为单位批量生产的话，即使口罩成本高达10亿美元，分配到每个芯片上也要10美元。另一方面，这反映了为什么苹果这样的巨头仍然可以通过采用TSMC和三星最先进、最昂贵的制造工艺来赚很多钱，这就是为什么集成电路设计具有赢家通吃的特点。

比如光刻、刻蚀、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试切割、核心封装、等级测试的成本，以及光刻机、刻蚀机、减薄机、划片机、芯片加载器、打线机、反向加载器等制造设备的折旧成本都包含在测试成本、封装成本、掩膜成本中，不需要单独计算。

晶片

晶圆成本

因为在将晶圆加工切割成芯片时，不可能保证100%的利用率，所以存在成品率的问题，所以芯片的成本用公式表示:

芯片成本=晶圆成本/

由于晶圆是圆形的，芯片是矩形的，所以会浪费一些废料，所以每个晶圆可以切割的芯片数量不能简单地除以晶圆的面积，而是应该采用以下公式:

每个晶片的芯片数=-)

晶片产量与工艺复杂性和单位面积缺陷数密切相关。晶圆产量由公司表示如下:

晶圆产量=

一是流程复杂。比如一个40nm低功耗进程的自治CPU-X的复杂度在2到3之间；

b为单位面积缺陷数，40nm进程自主CPU-X单位面积缺陷数在0.4-0.6之间。

假设自主CPU-X的长度约为15.8mm，宽度约为12.8mm，面积约为200平方毫米。一个12英寸的晶圆大约有7万平方毫米，所以一个晶圆可以容纳299个独立的CPU-X，在芯片产量的公式中，a=3，b=0.5纳入计算，芯片产量为49%，也就是说一个12英寸的晶圆可以生产146个好芯片，一个12英寸的晶圆价格为4000美元，分配给每个芯片，成本为28。

芯片硬件成本计算

封装和测试的成本没有具体的公式，但是测试的价格大致正比于管脚数的平方，封装的成本大致正比于管脚的立方乘以功耗...如果CPU-X采用自己的40nm低功耗工艺的芯片，其测试成本约为2美元，封装成本约为6美元。

芯片的封装形式，以上两个数字都比较老

因为40nm低功耗工艺的掩膜成本是200万美元，如果自主CPU-X销量达到10万块，掩膜成本就是20美元。如果测试成本=2美元，封装成本=6美元，芯片成本=28美元代入公式，芯片硬件成本=/0.49+28=85美元

自主CPU-X的硬件成本是85美元。

如果自主CPU-Y采用28nm的SOI工艺，芯片面积估计为140平方毫米，可以切割495个CPU。由于28纳米和40纳米工艺是非常成熟的技术，切割成本的影响可以忽略不计，所以晶圆价格仍然可以按4000万美元计算，晶圆产量也按49%计算。一个12英寸的晶片可以切割242个晶片，每个晶片都可以切割。

如果独立CPU-X输出10万，按照封装测试占芯片总成本20%左右，晶圆良率49%的计算，掩膜成本40美元，芯片硬件成本122美元。

如果独立芯片的产量为100万，按照封装测试约占芯片总成本的20%，最终成品率为49%的计算，掩膜成本为4美元，芯片的硬件成本为30美元。

如果独立芯片产量1000万，掩膜成本0.4美元。根据封装测试，约占芯片总成本的20%，最终成品率为49%。芯片的硬件成本是21美元。

很明显，在同样的输出下，使用更先进的工艺技术会增加芯片硬件的成本，但只要输出足够大，原本高昂的成本就可以由一个巨大的量平均分担，芯片的成本就可以大大降低。

芯片定价

硬件成本相对清晰，但设计成本比较复杂。这不仅包括工程师的工资，EDA等开发工具的成本，设备成本，场地成本等...另外还有一大块IP成本——如果是独立CPU就可以了，如果是ARM阵营的IC设计公司，需要大量购买IP，价格昂贵，所以量化国内外各种IC设计公司的设计成本不是很好。

按照微利芯片设计公司的国际通用定价策略，价格为8: 20，即硬件成本为8时，价格为20，独立CPU-X输出为10万块时价格为212美元。不要以为这个价格高，其实已经很低了。英特尔的一般定价策略是8: 35，AMD历史上达到了8: 50......

当产量为10万块时，独立CPU-Y也采用8: 20定价方式，其价格为305美元；

产量100万时，独立CPU-Y也采用8: 20定价方式，价格75美元；

产量1000万时，独立CPU-Y也采用8: 20定价方式，售价52.5美元。

可见，要降低CPU的成本/售价，产量很重要，这也是英特尔和苹果采用相对昂贵的工艺技术，攫取超额利润的关键。

PUOKE扩展阅读

半导体领域基础知识科普

首先说一下芯片行业的基本划分，基本可以分为三种模式:

一、无瓦弗工厂

无晶圆厂半导体公司是指只设计硬件芯片的电路，然后将设计提交给晶圆代工厂制造成成品，负责销售产品的公司。由于半导体器件的制造成本极高，集成电路行业的设计和制造是分开的，这样无厂半导体公司就可以将精力和成本集中在市场研究和电路设计上。专门从事晶圆代工的公司可以同时为很多无厂半导体公司提供服务，尽可能提高自己生产线的利用率，在昂贵的晶圆厂投入资金和运营。“无厂半导体公司-代工厂模式”的概念最初是由Xilinx的Bernie V. Vonderschmitt和C&提出的；戈登·坎贝尔。

优点很明显，负担也很轻，只能自己设计，而不是花巨资建晶圆厂，开发新工艺，但缺点也很突出:如果自己设计，就不能做决策，即使看起来像。这取决于铸造伙伴的能力。当然，这方面有很多教训:TSMC的40/28纳米工艺最初不成熟，产能延迟，拖累了整个行业。

GlobalFoundries32nm工艺没有达到AMD的预期水平，第一代FX/APU处理器的频率和电压比设计的差很多。28纳米工艺吹了这么久，到现在才刚刚上路，迫使AMD放弃了整整一代低功率APU，必须重新设计才能去TSMC。

二、IDM模式

也就是垂直整合模式。与“无晶圆厂-芯片外包OEM模式”相比，半导体设计制造模式是“垂直一体化模式”，即由一家公司承担从设计、制造到销售的所有流程，需要强大的营运资金来支持这种运营模式，如英特尔、三星等。

一方面，三星电子是垂直一体化模式，可以制造自己设计的芯片；另一方面，也起到代工的作用，为苹果为iPhone和iPad设计的处理器提供OEM服务。

三、IP设计模式

这些公司只负责设计电路，不负责制造和销售的公司叫IP核公司，比如ARM。我们不制造也不销售任何芯片，而是自己设计IP，包括指令集架构、微处理器、图形内核、互连架构，然后把许可证卖给喜欢的人。有了ARM IP，客户可以为所欲为。

好了，在介绍完这些基本模型之后，我们来了解一下行业内几大厂商的现状。

英特尔:芯片制造商

一、公司基本情况

英特尔公司英特尔是世界上最大的半导体公司，也是第一家推出x86架构处理器的公司。20世纪80年代，英特尔是世界十大半导体销售商之一，但1991年后，英特尔达到第一位，并没有再发生变化。接下来的半导体公司包括AMD、三星、德州仪器、东芝和意法半导体。

二、商业模式

芯片设计+制造+销售

芯片设计和制造是英特尔的核心优势。英特尔涵盖了芯片设计、生产和最终上市的整个过程。

目前，全球半导体行业由TSMC、英特尔、三星电子和全球晶圆代工厂主导，其中TSMC、三星和全球晶圆代工厂是纯晶圆代工厂，只负责为外部客户制造芯片，不为自己的企业设计、推出和销售芯片产品。尽管三星已经在公司内部制造了一些定制芯片，但大部分晶圆业务仍然是为外部客户代工。然而，英特尔的商业模式与上述三家公司不同。多年来，英特尔建立了自己的晶圆厂，只用于生产自己设计的微处理器，属于集成组件制造半导体行业。只是在过去几年，英特尔才打破这种做法，开始接受外部客户的OEM订单。

ARM:芯片设计师

一、公司基本情况

ARM已经成为一家独立的处理器公司，从事低成本、低功耗、高性能芯片的研发。主要产品是ARM架构处理器的设计，以知识产权的形式授权给客户，同时也提供软件开发工具。ARM不自己制造芯片，将其技术知识产权许可给世界上很多著名的半导体工厂，包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、飞利浦、Atmel、Broadcom、卷云逻辑、飞思卡尔、Actions等等。

ARM是移动设备时代最大的技术霸主，取代了英特尔在PC时代的地位，英特尔多次试图攻击ARM均告失败。然而，ARM采用了与英特尔完全不同的商业模式。

2016年7月18日，日本软银同意以243亿英镑现金收购ARM。

二、商业模式

1.只有设计，与生产完全脱钩

ARM自己不生产芯片，而是把自己的技术授权给其他芯片厂商，比如高通，德州仪器，NVIDIA等等。ARM处于所有半导体供应链的顶端，向联发科等IC设计公司销售微处理器设计蓝图；后来，他协助联发科开发满足其需求的微处理器。就像盖房子一样。ARM卖一套房子的基本设计蓝图。IC设计公司购买蓝图后，可以根据自己的需要进行修改，比如设计几个房间。餐厅和浴室有多大？"

ARM向IC设计公司出售蓝图，收取许可费。IC设计公司销售按蓝图设计生产的芯片后，每销售一个芯片，都会向ARM支付专利费，专利费按每个芯片售价的百分比计算。有了这种商业模式，ARM不需要投入数十亿美元来建设芯片生产工厂，而是成为一家完全依靠大脑盈利的公司。这种模式也非常有利于生态圈的建设。正因为如此，ARM可以服务800多家签约合作授权公司，规模在2000人左右，同时进行1000多个芯片开发计划。

无厂半导体公司在PC行业并不少见。无厂半导体公司设计所有芯片，但最终生产工作将交付给代工厂。这种合作方式可以为厂商节省相当一部分成本。但与此同时，这也意味着整个过程并不完全在你的控制之下——代工会影响生产能力、质量和时间。

ARM在模式上比没有圆晶的工厂走得更远。ARM不为市场输出任何芯片；相反，它提供设计IP并向其他供应商发放使用许可证。ARM客户为他们需要的IP购买许可证，然后使用这些设计来生产他们自己的芯片。客户本身可以是无厂半导体公司，也可以是芯片厂商。ARM在芯片使用过程中，除了收取许可费外，还将收取下游版税。

ARM为客户提供三个许可证:POP、处理器和架构许可证。

POP:最完整的方案

POP的全称是处理器优化包，是基于标准的增强版。如果客户没有足够的团队整合自己的设计，ARM可以卖给你一个处理器优化方案，然后你可以直接找厂家用这个优化方案生产出来——ARM保证一定程度的性能指标。

处理器许可:标准版本方案

处理器许可证只允许客户使用自己设计的CPU或GPU，相当于“标准”。你不能改变他们的设计，但你可以根据他们整合你想要的设计。同时，ARM也为客户提供了设计集成的指南，但是最终的设计集成和实体集成还是需要自己的团队来做。

架构权限:仅框架方案

如果你比较强，只能买ARM架构/指令集，然后自己研究设计芯片。建筑许可证相当于DIY包。ARM会完全给你一些它的架构。因此，您可以基于原始体系结构进行您想要的更改。高通Krait和苹果Swift就是典型代表。ARM拥有大约1000个不同的许可证和320个许可证持有者/合作伙伴。在这320个许可证颁发者中，只有15个有建筑许可证。

ARM模式与英特尔模式的比较

与PC领域的巨头英特尔相比，ARM则截然不同。英特尔构建自己的架构，然后根据不同的市场定位设计一系列的芯片，最终的设计将由自己的工厂生产。英特尔可以说是集成了芯片生产的所有流程。当然工作量还是挺大的，也能从产品中获得很高的回报。

ARM成立后，开始像一个独立的商业公司一样运作，但总是很艰难。在产品研发上，ARM避开了计算机领域流行的英特尔CISC指令，转而开发了不受市场青睐的RISC简化指令。同时，我们重新定义了产品的核心:低成本、低功耗、高效率。

由于缺乏资金，ARM做出了一个影响深远的决定:不自行制造芯片，只将芯片的设计方案许可给其他公司，这些公司可以基于ARM技术添加自己的DIY设计并生产出来。正是这种模式最终让ARM芯片遍地开花，把设计封闭的英特尔公司置于“人民战争”的汪洋大海中。

在oauth2.0的商业模式下，世界上几乎所有的半导体老板都成了ARM的合作伙伴。这些公司在开发新产品时，不再需要花费大量的时间、精力和成本从零开始设计和研究芯片架构。相反，他们只需要看看ARM的芯片花名册，购买后再添加定制设计即可。ARM向这些客户收取年费或者使用费，甚至可以重复收取同样的技术，利用这些利润研究下一个技术。这种出售知识产权的模式使得ARM处于行业价值链的顶端，客户无论盈亏都与ARM无关，所以他一直在那里出售创新。英特尔PK的竞争对手不仅仅是ARM，而是其背后的整个“ARM联盟”。

高通:无晶圆厂+芯片设计师

一、公司基本情况

高通是一家无线电通信技术研发公司，位于美国加利福尼亚州圣地亚哥。高通公司开发了一种基于CDMA技术的数字蜂窝通信技术，目前是全球20大半导体制造商之一。

高通开发销售了CDMA手机和CDMA基站设备。近年来，高通将其基站业务和手机研发业务分别出售给爱立信和京瓷，现在主要从事无线电技术的开发、许可和销售其专用集成电路。

二、商业模式

高通主要由高通CDMA技术部、高通技术授权部和高通无线&互联网部、高通战略解决方案部等四个业务部门组成。、CDMA技术部、技术授权部、无线&互联网板块的营收依次对应88.59亿美元、54.21亿美元、6.56亿美元，分别占59.2%、36.2%和4.4%，而战略计划部主要专注于业务相关的投资和收购。).从收入来看，高通的码分多址技术部和技术许可部是其两个核心部门。

高通的CDMA技术部采用无厂半导体公司模式，主要负责CDMA芯片的设计、外包生产和销售。技术许可部采用类似ARM的模式，只负责技术许可，不参与产品生产。

无厂半导体公司模式:芯片设计+外包生产+销售

高通基于ARM架构设计各种CDMA，专门为移动台调制解调器设计的芯片，基带无线电芯片，功率处理芯片。这些芯片组出售给手机厂商，如京瓷、摩托罗拉、HTC、三星电子等，集成到CDMA手机中。

高通的客户主要是使用芯片的无线设备厂商，如苹果、三星、HTC、华为等。高通在年报中表示，目前的竞争对手有博通、飞思卡尔、英特尔、富士通、联发科、展讯、英伟达等。，还有一些客户爱立信和三星。

高通外包生产采用“一体化无生产线模式”，与外包厂商关系更紧密，避免外包生产供应不稳定。高通要求没有生产线的设计公司与EDA、代工厂商、封装/测试公司紧密合作，以自身的技术专长推动生产和设计的一体化。其主要目标是在半导体开发领域的各方之间建立密切的技术接口，从而提高效率，降低成本，缩短新产品上市时间。这种类似虚拟“联盟”的紧密合作关系，让没有生产线的厂商可以利用IDM模式，直接与英特尔、德州仪器等厂商竞争；也使得产业链中的其他环节更能规避风险，更灵活。否则，半导体产品的成熟周期长达60到120天，将无法应对瞬息万变的消费市场。

高通授权的手机制造商可以通过多种方式生产和销售产品:

可以直接从高通购买芯片和软件；

可以从高通的专业集成电路授权厂商购买芯片；

他们可以自己设计制造芯片。在这三种情况下，授权手机厂商可以根据与高通另行签订的专利许可协议，在其产品上使用高通的专利。

2.技术许可:仅许可，不参与生产

高通的专利授权部门已经成为高通的主要利润来源，毛利率超过90%，占2011财年收入的36.5%，但贡献了高通69.5%的税前利润。这也是卖产品和卖标准的区别。我们知道销售产品的利润取决于销售收入的毛利减去生产成本和市场份额，而标准的技术标准取决于你的目标市场能有多大，市场认可的程度，你能有多少合作伙伴。然后，我们坐在地上收钱。下图是高通授权工厂设备的销售趋势。).高通大概可以获得终端设备销售额的3-5%。

高通专利授权费的基数不是按照“芯片费”来计算的，而是按照手机的整体成本价来计算的，这是高通在全球推行的一个重要模式，这意味着高通可能一方面通过以低于成本的价格销售一些产品来赶走竞争对手，另一方面仍然可以获得不错的利润，因为芯片定价的降低体现在整体成本价的降低上。

3.参与标准设计

为了扩大芯片和技术的市场，高通公司参与了技术标准的制定。高通付出了巨大的努力——高通参与制定开放标准，并与大家分享成果。目前，公司在负责提出和完善UMTS/ WCDMA和CDMA2000标准的标准组织中有广泛的参与和贡献。高通认为，其在标准中的广泛参与和贡献对于保持技术的稳定性和不同厂商手机与系统设备之间的互操作性非常重要——对于标准的成功也非常关键，无论是CDMA2000还是WCDMA。

AMD:无晶圆半导体公司

一、公司基本情况

目前AMD是除英特尔外最大的x86微处理器供应商。自收购田野科技以来，AMD已经成为除英伟达之外唯一的独立图形处理器供应商。从此，AMD成为一家兼具中央处理器和图形处理器技术的半导体公司，也是唯一能与英特尔和NVIDIA抗衡的厂商。

AMD为计算机和通信提供各种集成电路产品，包括中央处理器、图形处理器、闪存、芯片组和其他半导体技术。

二、商业模式

1.初始模式:自己设计芯片+自己建厂+卖产品

最初，AMD拥有一家晶圆厂来制造其设计的芯片。

2.后模式:自己设计芯片+外包生产+销售产品

2009年，AMD将自己的晶圆厂拆分为目前的全球晶圆厂，成为一家无工厂半导体公司。全球代工厂接管了处理器芯片的生产，TSMC代表原始设备制造商生产图形处理器。AMD只负责硬件集成电路设计和产品销售。

英伟达:无晶圆半导体公司

一、公司基本情况

英伟达是一家半导体公司，主要设计图形处理器。目前市面上大部分的独立显卡都是英伟达和AMD提供的。

二、商业模式

主要模式:自己设计芯片+外包生产+销售产品

芯片:自行设计和外包

英伟达在自己的实验室开发芯片，但将芯片制造过程分包给其他制造商。

终端产品:自行设计部分产品，外包生产，交给其他品牌代工销售

在最终产品上。)，英伟达会推出所谓的原创“参考”产品进行展示和测试，并外包给其他OEM或设计尝试。在零售市场，英伟达会将顶级的“原厂”公版产品品牌化给各种第三方厂商，他们的产品都是用同样的材料设计的，都是一家厂商承包的。

新尝试:只有技术许可，没有芯片设计，没有芯片制造和销售

英伟达采用了一种新的商业模式，将图形技术授权给其他公司。因为光靠卖芯片无法服务智能手机和平板市场。原因是有些客户不喜欢买芯片，因为他们喜欢自己创造芯片，他们有自主设计生产芯片所需的生产能力、创造力和规模。英伟达将试图将其图形技术许可给苹果和三星。

MTK:无瓦弗工厂

一、公司基本情况

联发科公司，简称联发科，在中国大陆或互联网上通常被称为MTK。成立于1997年，总部位于台湾新竹科学工业园。这是一家无晶圆厂集成电路设计公司。当初公司主要以光驱芯片为主，后来开发了手机、数字电视、可穿戴设备的解决方案芯片。

二、商业模式

主要模式:自己设计一个完整的系统芯片+外包生产+销售产品

与英特尔提供的关键组件相比，联发科提供了整体解决方案和交钥匙解决方案。联发科帮助客户做了所有以前属于手机厂商的事情，大大降低了手机公司的研发技术门槛，打造了一个巨大的中国本土品牌和山寨手机。这样提高了开发效率，手机芯片开发和系统设计在MTK同步进行，效率更高；第二，帮助手机厂商节省开发成本，手机厂商不需要自己开发设计。联发科更像是一家垂直集成系统公司，而不是芯片公司。

联发科实验室开发者社区项目

联发科创意实验室项目将从联发科的LinkIt开始？开发平台主要基于联发科Aster系统的单片机。联发科创意实验室副总裁马克·纳德戴尔表示:“随着联发科创意实验室的成立，我们正在为业余玩家、学生、专业开发人员和设计师开辟一个充满可能性的新世界，帮助他们充分释放创造力和创新能力。我们相信，联发科创意实验室将推动下一波消费电子设备和应用开发，让世界上的一切都可以连接起来。”

联发科创意实验室项目将从联发科的LinkIt开始？开发平台主要基于联发科Aster系统的单片机。联发科创意实验室副总裁马克·纳德戴尔表示:“随着联发科创意实验室的成立，我们正在为业余玩家、学生、专业开发人员和设计师开辟一个充满可能性的新世界，帮助他们充分释放创造力和创新能力。我们相信，联发科创意实验室将推动下一波消费电子设备和应用开发，让世界上的一切都可以连接起来。”

LinkIt开发平台组网功能齐全，扩展性好，通过高集成度可以减少额外硬件连接设备的数量。而且联发科提供的硬件参考设计，可以简化可穿戴和物联网原型设备的开发流程，更具性价比。

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