Sekali waktu - pada awal abad ini - saya membeli ponsel biasa, yang termurah, harganya sekitar 15 atau 20 euro. Dan penutup untuk itu. Yang juga berharga sekitar 15-20 euro. Fakta ini mengejutkan saya - telepon di mana ada chip semikonduktor, yang merupakan puncak dari pengembangan teknologi manusia, produksi yang membutuhkan peralatan bernilai miliaran dolar, spesialis berkualifikasi tinggi yang belajar di universitas dan mempertahankan disertasi, hasil penelitian ilmiah dari ribuan ilmuwan - dan semua ini memerlukan biaya yang sama berapa banyak kasus biasa, teknologi produksi yang selama beberapa ribu tahun terakhir tidak banyak berubah. Bagaimana bisa begitu? Mari kita coba mengerti.
Pendahuluan
Segera buat reservasi bahwa angka-angka yang diberikan dalam artikel tersebut bukan perhitungan akurat dari biaya produk tertentu. Namun, angka-angka itu tidak diambil dari langit-langit, tetapi dari pengalaman bekerja di pabrik semikonduktor besar (GlobalFoundries, bekas pabrik AMD) dan kepemimpinan pabrik
MEMS kecil. Dengan demikian, kami akan mempertimbangkan pabrik semikonduktor bulat tertentu dalam ruang hampa, yang, di satu sisi, bukan salinan yang asli, di sisi lain, membantu memahami tren dalam pembentukan biaya produk-produk semikonduktor. Saya juga ingin menekankan bahwa kita akan berbicara tentang
biaya produk semikonduktor.
Harga akan ditentukan oleh faktor-faktor lain:
hati nurani, penawaran dan permintaan, pemasaran, dll. dan kami tidak akan menyentuh masalah ini, kami hanya akan mengatakan hal yang jelas bahwa harga tidak boleh lebih rendah dari harga biaya (ini adalah alasan mengapa
Qimonda terbakar - biaya memori mereka (
DRAM ) lebih tinggi daripada harga modul memori dari produsen tenggara).
Berapa biaya produk semikonduktor?
Mari kita bandingkan biaya produksi di pabrik dengan ukuran pelat yang berbeda (diameter dari 100 mm hingga 300 mm), pemuatan produksi yang berbeda dan hasil yang berbeda. Untuk melakukan ini, kita perlu memahami biaya apa yang diperlukan untuk produksi, bagaimana mereka bergantung pada volume produksi, berapa banyak chip yang akan muat di piring dengan ukuran yang berbeda dan berapa persentase tolak (sisi balik hasil).
Biarkan pabrik kami memproduksi logika
CMOS , dengan output maksimum 600.000 wafer per tahun. Kami menghabiskan $ 1 miliar untuk peralatan.
Beban
Biaya produksi dibagi menjadi dua jenis - tetap, yang tidak tergantung pada volume produksi dan langsung (variabel) - yang secara langsung tergantung pada volume produksi. Selain itu, beberapa biaya (tidak langsung) akan meningkat dengan volume produksi, tetapi tidak sebanding dengan itu.
Biaya langsung
- Wafer silikon. Komponen paling jelas dari chip semikonduktor, tetapi kontribusinya terhadap biaya cukup kecil. Piring 100 mm berharga sekitar $ 30- $ 40, 300 mm - $ 70- $ 80. Seperti yang akan kita lihat nanti, lempeng berkontribusi pada biaya sekitar 1%. Kami tidak akan mempertimbangkan kasus menggunakan pelat SOI (biayanya adalah urutan besarnya lebih besar).
- Bahan kimia dan gas. Teknologi proses modern mengandung sekitar 300 langkah. Beberapa dari mereka memerlukan bahan kimia yang mahal (misalnya, tahan untuk litografi atau target untuk logam tergagap), beberapa tidak memerlukan bahan kimia sama sekali (misalnya, metrologi) atau mereka sangat murah (misalnya, oksidasi silikon dalam oksigen). Menghitung jumlah pasti bahan kimia dan biayanya untuk setiap operasi cukup sulit, tetapi jika Anda hanya mengambil total biaya bahan kimia dan membaginya dengan jumlah operasi dan pelat, perhitungannya sangat disederhanakan. Dalam hal ini, sekitar $ 10 bahan kimia akan dihabiskan per operasi di satu piring. Jadi, jika kita memiliki 300 operasi dalam proses pembuatan, kita akan menghabiskan $ 3.000 untuk pembuatan satu piring.
- Topeng (topeng). Jika kami menghasilkan banyak produk dan terus mengubahnya, maka biaya masker foto akan signifikan. Jika kami memproduksi satu produk, maka biaya masker tidak akan tergantung pada volume produksi. Untuk kesederhanaan analisis, anggaplah bahwa kami hanya memproduksi satu produk dan termasuk biaya pembuatan topeng foto dalam biaya tetap.
Biaya tidak langsung
- Listrik Pada pandangan pertama, ini adalah biaya langsung, tetapi pada kenyataannya, konsumsi listrik tidak berbanding lurus dengan volume produksi. Faktanya adalah bahwa peralatan semikonduktor terus menyala, bahkan jika tidak digunakan. Ini dilakukan karena jalan keluar ke mode operasi bisa memakan banyak waktu. Misalnya, dalam peralatan vakum yang banyak digunakan dalam pembuatan semikonduktor, sebagian besar listrik dikonsumsi oleh pompa yang beroperasi terus menerus; tungku menjaga suhu operasi, pendingin air, ventilasi dan sistem pendingin udara untuk kamar bersih, dll. Dengan demikian, dengan peningkatan volume produksi, konsumsi listrik akan meningkat secara tidak signifikan, dan karena bagiannya dalam biaya prima tidak begitu besar, sebagai perkiraan pertama, kita dapat mengasumsikan bahwa ini adalah biaya tetap yang tidak bergantung pada volume produksi.
- Dana penggajian. Dengan peningkatan produksi, Anda mungkin memerlukan lebih banyak karyawan, tetapi koneksi tidak berbanding lurus. Pertama, jumlah pegawai administrasi tidak akan berubah. Kedua, jumlah insinyur dapat meningkat, tetapi hanya sedikit. Ketika pabrik beroperasi 24/7, para insinyur bekerja 8/5 dan hanya beberapa petugas yang menutup akhir pekan. Dengan peningkatan jumlah shift, jumlah operator akan meningkat secara proporsional, tetapi, pertama, dengan otomatisasi produksi tingkat tinggi, banyak operator tidak diperlukan, dan kedua, ini adalah kategori karyawan yang dibayar relatif rendah. Dengan demikian, dengan diperkenalkannya 4 shift dalam produksi, alih-alih satu, biaya tenaga kerja akan meningkat sebesar 20-30 persen.
- Pemeliharaan dan perbaikan peralatan. Mereka membuat sekitar 5% dari biaya peralatan per tahun. Banyak pekerjaan pemeliharaan yang konstan, yang kadang tergantung, kadang tidak tergantung pada volume produksi. Total biaya tidak berbanding lurus dengan volume produksi.
Biaya tetap
Ini termasuk semua hal lain yang tidak bergantung pada volume produksi - penyusutan peralatan, sewa tanah, perbaikan gedung, pemeliharaan kantor, dll. dll. Mari kita membahas depresiasi secara terpisah. Peralatan jalur disusutkan selama 5 tahun. Kemudian, dengan total biaya peralatan $ 1 miliar, kita harus memasukkan $ 200 juta per tahun dalam pengeluaran.
Menyatukan semuanya, kita akan melihat bahwa biaya tetap kami sekitar $ 1,5 miliar per tahun dan membiarkannya tumbuh sebesar 10% dengan diperkenalkannya satu shift tambahan. Dengan demikian, biaya satu lempeng akan terdiri dari biaya langsung untuk memproduksi satu lempeng + biaya tetap untuk seluruh pabrik dibagi dengan jumlah lempeng = $ 3100 + $ 1,5 miliar / volume produksi. Mari kita hitung dulu:
| Jumlah shift | Volume produksi, piring per tahun | Biaya tetap, $ miliar | Biaya piring, $ |
|---|
| 1 | 150.000 | 1.5 | 13 100 |
| 2 | 300.000 | 1.65 | 8 600 |
| 3 | 450.000 | 1,82 | 7 130 |
| 4 | 600.000 | 1.99 | 6.425 |
Kesimpulan pertama yang dapat kami buat: bermanfaat bagi kami untuk memuat pabrik kami secara maksimal - ini secara signifikan mengurangi biaya satu piring (dua kali lipat ketika beralih dari satu shift ke empat). Sekarang mari kita bicara tentang chip - untuk konsumen akhir, biaya chip, dan bukan seluruh semikonduktor wafer, adalah penting.
Ukuran piring
Wafer semikonduktor dari 51 mm hingga 200 mm. Sumber: Wikipedia, Oleh Wikipediabiatch Jerman, unggahan asli 7. Okt 2004 oleh Stahlkocher de: Bild: Wafer 2 Zoll bis 8 Zoll.jpg , CC BY-SA 3.0 , TautanUntuk mengetahui berapa banyak chip yang akan ada di piring, Anda perlu mengetahui ukuran chip dan ukuran piring. Ada
kalkulator yang nyaman di Internet yang memungkinkan Anda mengetahui dengan cepat berapa banyak chip yang cocok dengan wafer dengan ukuran berbeda. Sebagai contoh, mari kita ambil chip dengan ukuran berbeda, Intel Sandy Bridge E 6C "besar" (435 mm2) dan "kecil" Qualcomm Snapdragon 835 (72,3 mm2) dan lihat berapa banyak dari mereka yang cocok dengan wafer dengan ukuran berbeda.
Penafian: chip diambil hanya sebagai contoh ukuran, perhitungan selanjutnya dari harga biaya tidak ada hubungannya dengan harga biaya nyata dari produk-produk ini. Selain itu, jelas bahwa chip yang sama tidak dapat dibuat pada plat 100 mm dan 300 mm, tetapi kami sedang mempertimbangkan pabrik bola dalam ruang hampa, jadi mari kita hitung saja.
| Ukuran pelat mm | Jumlah chip 435 mm 2 | Jumlah chip 72,3 mm 2 |
|---|
| 100 | 9 | 69 |
| 150 | 24 | 180 |
| 200 | 52 | 345 |
| 300 | 127 | 836 |
Mengingat bahwa biaya pembuatan satu lempeng hampir sama, dari tabel ini kami membuat dua kesimpulan yang sangat penting:
- Semakin kecil chip, semakin banyak mereka berada di satu piring, semakin murah itu . Oleh karena itu, dengan mengurangi ukuran transistor kita dapat mengurangi biaya dengan fungsi yang sama (tanpa mengubah jumlah transistor, chip akan lebih sedikit), atau dengan meningkatkan jumlah transistor tanpa mengubah ukuran chip, kita akan mendapatkan peningkatan kinerja / fungsionalitas dengan biaya yang sama (ukuran chip yang sama). Menjadi jelas perlombaan untuk mengurangi ukuran transistor ( hukum Moore ): baik kinerja yang lebih murah atau lebih tinggi dengan biaya yang sama.
- Semakin besar piring, semakin murah satu chip. Perlu dicatat bahwa peralatan untuk ukuran pelat dari 100 mm hingga 200 mm hampir sama, sehingga biaya pemrosesan satu pelat 100 mm, 150 mm dan 200 mm akan sama. Untuk 300 mm peralatan lebih mahal, jadi kita harus menambah biaya tetap (penyusutan dan pemeliharaan) untuk perhitungan selanjutnya. Kami menerima kenaikan ini sama dengan 50% dari biaya biaya tetap.
Hasil
Contoh kartu keluaran chip. Chip yang rusak ditandai dengan warna merah. Sumber: DOI: 10.1155 / 2015/707358Karena ia suka mengulangi kepemimpinan pabrik semikonduktor, Kami memiliki tiga tujuan utama: hasil, hasil, dan hasil (Kami memiliki tiga tujuan utama - ini bagus, bagus dan bagus). Hasil mempengaruhi harga biaya secara langsung - semakin tinggi hasil di piring, semakin murah chip, karena biaya piring tidak berubah (dari sudut pandang ekonomi, peningkatan pernikahan setara dengan penurunan ukuran piring). Pada pandangan pertama, konsep hasil cukup sederhana - kami hanya mempertimbangkan persentase chip yang bekerja, tetapi ada beberapa nuansa.
Jika chipnya sederhana, misalnya, modul nirkabel ponsel, maka ia berfungsi atau tidak, semuanya sederhana. Jika chip itu kompleks, misalnya, ia memiliki beberapa core dan coprocessor grafis pada satu chip, maka semuanya agak rumit. Jika Anda beruntung, maka semuanya bekerja. Jika tidak, misalnya, dari empat core, hanya dua yang berfungsi. Atau coprocessor grafis tidak berfungsi. Apa yang harus dilakukan dalam kasus ini? Sangat sederhana - kami membuat lini produk: prosesor quad-core dengan grafis, prosesor dual-core dengan grafis, prosesor dual-core tanpa grafis, dll. Selain itu, mereka dapat beroperasi pada frekuensi yang berbeda (yah, itu terjadi karena ukuran perangkat yang tersebar di piring). Artinya, jika Anda melihat sederet prosesor, ini tidak berarti bahwa ada beberapa proses teknis dan templat foto. Kemungkinan besar, proses teknis adalah satu, dan setelah akhir dari proses pembuatan diurutkan berdasarkan hasil pengukuran akhir.
Aspek lain adalah sebagai berikut: hasil turun terutama karena cacat yang memiliki probabilitas tertentu terjadinya per satuan luas wafer semikonduktor. Jelas, chip yang lebih besar lebih mungkin untuk menangkap cacat dan gagal daripada chip yang lebih kecil. Dengan demikian, hasil dari chip kecil yang cocok akan lebih besar daripada hasil dari chip besar yang sesuai dengan jumlah cacat yang sama di piring.
Penentuan biaya
Jadi, kami mengetahui bahwa kami memiliki beberapa faktor utama yang memengaruhi biaya chip:
- Volume produksi
- Ukuran piring
- Ukuran chip
- Hasil
Agak sulit untuk membuat tabel ringkasan 4 dimensi, jadi mari kita hitung beberapa contoh:
Biaya chip (dalam $) adalah ukuran 72,3 mm2 dengan hasil 80% untuk pabrik yang beroperasi dengan beban berbeda dan ukuran pelat berbeda:| Jumlah shift | 100 mm | 150 mm | 200 mm | 300 mm |
|---|
| 1 | 237 | 90 | 47 | 27 |
| 2 | 155 | 59 | 41 | 16 |
| 3 | 129 | 49 | 36 | 13 |
| 4 | 146 | 44 | 33 | 12 |
Dari 100 mm wafer menjadi 300 mm dan dari satu shift ke empat, kami mengurangi biaya chip sebanyak 20 kali!
Biaya keripik (dalam $) dari berbagai ukuran tergantung pada hasil pada piring 300 mm dengan muatan penuh pabrik:| Hasil | Chip 435 mm 2 | Chip 72,3 mm 2 |
|---|
| 60% | 106 | 16 |
| 70% | 91 | 14 |
| 80% | 79 | 12 |
| 90% | 71 | 10 |
| 100% | 64 | 9 |
Yah, kami mendapat jawaban untuk pertanyaan awal - bagaimana mungkin sebuah ponsel berharga beberapa puluh dolar terlepas dari kenyataan bahwa ada produk teknologi tinggi. Kami mulai dengan miliaran dolar investasi dan miliaran dolar dan sampai pada kesimpulan bahwa biaya satu chip kecil (tidak mungkin menjadi sangat besar dalam telepon tombol sederhana) yang diproduksi di pabrik yang terisi penuh yang beroperasi pada pelat 300 mm diukur dalam satuan dolar.
Sekarang, hanya karena penasaran, mari kita lihat apa yang terjadi jika kita ingin mengatur produksi chip di Rusia.
Produksi chip untuk pasar Rusia
Penafian: semua angka dan nama ditemukan, semua kecocokan acak.Misalkan kita mengorganisir perusahaan tertentu "Nanometer" dan ingin menghasilkan prosesor tertentu "Sayan" dengan ukuran 256 mm2. Untuk melakukan ini, kami membeli peralatan bernilai sekitar $ 1 miliar, yang beroperasi pada wafer 200 mm dan mampu menghasilkan 600.000 wafer per tahun. Di satu piring, kami mendapatkan 91 chip dan mari kita mencapai hasil 70%, yaitu, dari satu piring kita akan mendapatkan 63 chip. Dengan menggunakan perhitungan di atas, kami memperkirakan biaya produksi chip tersebut:
| Bergeser | Jumlah chip | Biaya, $ |
|---|
| 1 | 9.450.000 | 207 |
| 2 | 18 900.000 | 136 |
| 3 | 28 350.000 | 113 |
| 4 | 37.800.000 | 102 |
Artinya, total biaya semua chip yang diproduksi akan menjadi $ 3,5-3,8 miliar Pertanyaan utamanya adalah apakah ada pasar di Rusia untuk penjualan puluhan juta prosesor (atau chip lainnya)? Pasar semikonduktor global
berjumlah sekitar $ 463 miliar pada tahun 2016 , pasar Rusia, menurut berbagai perkiraan, berkisar antara 0,3 hingga 1% dari dunia, mis. suatu tempat sekitar $ 2-4 miliar, yang kira-kira sama dengan biaya semua produk kami, tetapi kami juga menginginkan laba, dan kami tidak sendirian di pasar. Ternyata jika kita ingin memproduksi chip untuk pasar domestik, kita perlu memasuki pasar global (dan menjual sebagian besar produk kita di sana), atau tidak sepenuhnya memuat pabrik dengan kenaikan biaya yang sesuai (well, harga untuk konsumen akhir).
Kesimpulan
Bahkan jika Anda telah menginvestasikan miliaran dolar untuk peralatan dan pengoperasian pabrik semikonduktor, Anda dapat menghasilkan chip yang cukup rumit, yang biayanya akan mencapai puluhan dolar (dan untuk unit kecil). Untuk melakukan ini, Anda harus memuat pabrik Anda sepenuhnya (pekerjaan 24/7), gunakan pelat 300 mm, coba buat chip sekecil mungkin dan dapatkan hasil tinggi. Dan jangan lupa untuk menemukan orang-orang yang akan Anda jual chip ini - jika tidak mereka tidak akan murah.