很久以前-在本世纪初-我买了一部最便宜的普通手机，它的价格约为15或20欧元。 和它的封面。 这也花费大约15-20欧元。 这个事实令我震惊-手机中装有半导体芯片，这是人类技术发展的巅峰之作，要生产它，需要数十亿美元的设备，在大学学习并捍卫论文的高素质专家，成千上万科学家的科学研究成果-而所有这些费用都相同普通情况下多少钱，在过去几千年中其生产技术并没有太大变化。 怎么会这样 让我们尝试了解。
引言
立即保留该文章中给出的数字并非特定产品成本的准确计算结果。 但是，这些数字并非取自最高限额，而是来自在大型半导体工厂（GlobalFoundries，前AMD工厂）的工作经验以及小型
MEMS工厂的领导经验。 因此，我们将在真空中考虑某个球形半导体工厂，该工厂一方面不是真实工厂的复制品，另一方面，它有助于了解半导体产品成本形成趋势。 我还要强调，我们将讨论半导体产品的
成本 。
价格将由其他因素决定：
良心，供需，市场营销等。 我们将不谈这些问题，只说显而易见的一点，那就是价格不能低于成本价格（这就是
奇梦达烧光的原因-他们的内存（
DRAM ）的价格高于东南制造商的内存模块的价格）。
半导体产品的成本是多少？
让我们比较一下不同板尺寸（直径从100毫米到300毫米），不同的生产负荷和不同的产量的工厂的生产成本。 为此，我们需要了解生产所需的成本，成本如何取决于产量，在不同尺寸的板上可容纳多少切屑以及废品率（合格率的反面）是多少。
让我们的工厂生产
CMOS逻辑，每年最大产量为60万个晶片。 我们在设备上花费了10亿美元。
费用
生产成本分为两种类型-固定成本（不取决于产量）和直接成本（变量）-直接取决于产量。 另外，一些（间接）成本将随着生产量的增加而增加，但不会成比例地增加。
直接支出
- 硅片。 半导体芯片中最明显的组件，但是它对成本的贡献很小。 一个100毫米的盘子成本约为30至40美元，300毫米至70至80美元。 正如我们将在后面看到的，印版所占成本约为1％。 我们不会考虑使用SOI板的情况（其成本要高一个数量级）。
- 化学药品和气体。 现代工艺技术包含约300个步骤。 其中一些需要昂贵的化学药品（例如，用于光刻的抗蚀剂或用于金属溅射的靶材），一些根本不需要化学药品（例如，计量学），或者它们非常便宜（例如，氧气中的硅氧化）。 计算每个操作的确切化学品数量及其成本是非常困难的，但是如果您仅计算化学品的总成本并除以操作和塔板数，则可以大大简化计算。 在这种情况下，一次操作一次将花费大约10美元的化学品。 因此，如果我们在制造过程中进行300次操作，我们将在一块印版的制造上花费3,000美元。
- 口罩（masks）。 如果我们生产许多产品并不断更换它们，那么光罩的成本将是巨大的。 如果我们生产一种产品，那么口罩的成本将不取决于生产量。 为了简化分析，假设我们只生产一种产品，并将制造光罩的成本包括在固定成本中。
间接费用
- 电学 乍一看，这些是直接成本，但实际上，电力消耗并不与生产量成正比。 事实是，即使处于闲置状态，半导体设备也始终处于开启状态。 这样做是因为退出操作模式可能要花费大量时间。 例如，在半导体制造中广泛使用的真空设备中，大部分电能被连续运行的泵消耗； 熔炉保持操作温度，水冷，通风和无尘室的空调系统等。 因此，随着产量的增加，电力消耗将微不足道地增加，并且由于其在主要成本中所占的份额并不大，因此作为一阶近似值，我们可以假设这些是不依赖于产量的固定成本。
- 薪资基金。 随着产量的增加，您可能需要更多的员工，但是这种联系并不是成正比的。 首先，行政雇员人数不会改变。 其次，工程师的数量可能会增加，但只会略有增加。 当工厂以24/7全天候运行时，工程师的工作时间为8/5，只有一些服务员在周末工作。 随着班次数量的增加，操作员的数量也会成比例地增加，但是，首先，由于生产的自动化程度很高，因此不需要很多操作员；其次，这是薪酬相对较低的员工类别。 因此，在生产中引入4个班次而不是1个班次，人工成本将增加20％到30％。
- 设备的维护和修理。 他们每年约占设备成本的5％。 许多恒定的维护工作有时取决于，有时不取决于生产量。 总成本不直接与生产量成正比。
固定成本
这包括与产量无关的所有其他内容-设备折旧，土地租金，建筑物维修，办公室维护等。 等 让我们分别讨论折旧。 路径设备的折旧期限为5年。 然后，设备总成本为10亿美元，我们每年必须包括2亿美元的支出。
综上所述，我们将看到我们的固定成本每年约为15亿美元，并且通过引入另一种转变而使其每年增长10％。 因此，一块印版的成本将包括生产一块印版的直接成本+整个工厂的固定成本除以印版数量= 3100美元+ 15亿美元/生产量。 让我们进行第一个计算：
| 轮班数 | 产量，年板 | 固定成本，十亿美元 | 印版成本，$ |
|---|
| 1个 | 150,000 | 1.5 | 13 100 |
| 2 | 30万 | 1.65 | 8 600 |
| 3 | 450,000 | 1.82 | 7130 |
| 4 | 600,000 | 1.99 | 6,425 |
我们可以得出的第一个结论是：最大程度地增加工厂的负荷量对我们很有好处-这样可以显着降低一块印版的成本（从一班制切换到四班制时可以降低两倍）。 现在让我们谈谈芯片-对于最终用户而言，芯片的成本而不是整个半导体晶圆的成本非常重要。
平板尺寸
从51毫米到200毫米的半导体晶圆。 来源：Wikipedia，由德语Wikipediabiatch原始上传7. Okt 2004， Stahlkocher de：Bild：Wafer 2 Zoll bis 8 Zoll.jpg ， CC BY-SA 3.0 ， 链接要找出板上有多少芯片，您需要知道芯片尺寸和板的尺寸。 互联网
上有一个
方便的计算器 ，可让您快速确定在不同尺寸的晶片上可以容纳多少个芯片。 例如，让我们以不同大小的芯片为例，“大” Intel Sandy Bridge E 6C（435 mm2）和“小” Qualcomm Snapdragon 835（72.3 mm2），看看有多少芯片适合不同大小的晶片。
免责声明：芯片仅作为尺寸示例，后续的成本价格计算与这些产品的实际成本价格无关。 此外，很明显，不能在100 mm和300 mm的板上制造相同的芯片，但是我们考虑在真空中使用球形工厂，因此我们只计算一下。
| 平板尺寸mm | 切屑数量435 mm 2 | 芯片数72.3 mm 2 |
|---|
| 100 | 9 | 69 |
| 150 | 24 | 180 |
| 200 | 52 | 345 |
| 300 | 127 | 836 |
鉴于制造一块印版的成本几乎相同，从此表中我们得出两个非常重要的结论：
- 芯片越小，它们在一块板上的数量就越多，那就越便宜 。 因此，减小晶体管的尺寸可以用相同的功能（无需更改芯片的晶体管数量将减少的成本）来降低成本，或者通过在不改变芯片尺寸的情况下增加晶体管的数量来以相同的成本（相同的芯片尺寸）获得性能/功能的增加。 很明显，缩小晶体管尺寸的竞赛（ 摩尔定律 ）：以相同的成本实现更便宜或更高的性能。
- 盘子越大，一芯片便宜。 值得注意的是，从100 mm到200 mm的板尺寸的设备几乎相同，因此处理一块100 mm，150 mm和200 mm的板的成本将相同。 因为300毫米的设备价格昂贵，所以我们必须增加固定成本（折旧和维护），以便进行后续计算。 我们接受等于固定成本成本50％的增长。
产量
芯片输出卡的示例。 缺陷芯片标记为红色。 资料来源：DOI：10.1155 / 2015/707358正如他喜欢重复领导半导体工厂的领导一样，我们有三个主要目标：良率，良率和良率（我们有三个主要目标-这是好，好和好）。 产量直接影响成本价格-盘子上的产量越高，芯片越便宜，因为盘子的成本不会改变（从经济学的角度来看，婚姻的增加等同于盘子尺寸的减小）。 乍一看，良率的概念非常简单-我们只考虑工作切屑的百分比，但有一些细微差别。
如果芯片很简单，例如电话的无线模块，那么它要么工作，要么不工作，一切都很简单。 例如，如果芯片很复杂，它在一个芯片上有多个内核和一个图形协处理器，那么一切都会有些棘手。 如果您很幸运，那么一切都会正常。 如果不是这样，例如，在四个内核中，只有两个起作用。 或者图形协处理器不起作用。 在这种情况下该怎么办？ 非常简单-我们生产一条产品线：带图形的四核处理器，带图形的双核处理器，不带图形的双核处理器等。 此外，它们可以在不同的频率下运行（好吧，这是由于板上设备尺寸的分散而发生的）。 也就是说，如果看到一行处理器，这并不意味着有几个技术过程和照片模板。 技术过程很可能是一个过程，在制造结束后，处理器将根据最终测量结果进行排序。
另一方面如下：成品率下降主要是由于缺陷，该缺陷在半导体晶片的每单位面积上具有一定的发生概率。 显然，较大的芯片比较小的芯片更容易出现缺陷和故障。 因此，合适的小芯片的产量将大于板上具有相同数量缺陷的合适的大芯片的产量。
成本核算
因此，我们发现有几个主要因素会影响芯片的成本：
构建汇总的4维表相当困难，因此让我们列举一些示例：
芯片的成本（以美元为单位）为72.3平方毫米，对于不同负载和不同板尺寸的工厂，产率为80％：| 轮班数 | 100毫米 | 150毫米 | 200毫米 | 300毫米 |
|---|
| 1个 | 237 | 90 | 47 | 27 |
| 2 | 155 | 59 | 41 | 16 |
| 3 | 129 | 49 | 36 | 13 |
| 4 | 146 | 44 | 33 | 12 |
从100毫米晶圆到300毫米晶圆，从一班制转变为四制版，我们将芯片成本降低了20倍！
不同尺寸的芯片成本（以美元为单位），取决于工厂满载时300 mm板上的成品率：| 产量 | 切屑435 mm 2 | 芯片72.3 mm 2 |
|---|
| 60％ | 106 | 16 |
| 70％ | 91 | 14 |
| 80％ | 79 | 12 |
| 90％ | 71 | 10 |
| 100％ | 64 | 9 |
好吧，我们得到了最初问题的答案：尽管存在高科技产品，一部手机如何花费几十美元。 我们从数十亿美元的投资和数十亿美元开始，得出的结论是，在300毫米厚板上运行的满负荷工厂中生产的一个小芯片（在简单的按键式电话中不太可能很大）的成本是以美元为单位来衡量的。
现在，出于好奇，让我们看看如果我们想在俄罗斯组织芯片生产会发生什么。
俄罗斯市场芯片生产
免责声明：所有数字和名称都是发明的，任何匹配项都是随机的。假设我们组织了一家特定的公司“ Nanometer”，并想生产某种尺寸为256 mm2的特定处理器“ Sayan”。 为此，我们购买了价值约10亿美元的设备，该设备可在200毫米晶圆上运行，每年可生产60万个晶圆。 在一盘中，我们得到91个筹码，并获得70％的收益率，也就是说，从一盘中，我们将获得63筹码。 通过以上计算，我们估算了此类芯片的生产成本：
| 班次 | 筹码数 | 费用，$ |
|---|
| 1个 | 9,450,000 | 207 |
| 2 | 1890万 | 136 |
| 3 | 2835万 | 113 |
| 4 | 37,800,000 | 102 |
也就是说，所有制造芯片的总成本将在3.5-38亿美元之间，主要问题是俄罗斯是否有销售数千万个处理器（或任何其他芯片）的市场？
2016年 ，全球半导体市场
约为4630亿美元 ，根据各种估计，俄罗斯市场占全球的0.3％至1％。 大约2到4十亿美元，大约等于我们所有产品的成本，但我们也希望获利，而且在市场上我们并不孤单。 事实证明，如果我们想为国内市场生产芯片，我们要么要么进入全球市场（并在当地销售我们产品的很大一部分），要么不给工厂完全负担相应的成本增加（以及最终用户的价格）。
结论
即使您在半导体工厂的设备和运营上投入了数十亿美元，您也可以生产出非常复杂的芯片，其成本总计达数十美元（对于小批量产品）。 为此，您需要为工厂充满负荷（工作24/7），使用300 mm的平板，并尝试使芯片尽可能小并获得高产量。 并且不要忘了找到将要出售这些芯片的对象，否则它们将不会便宜。