如何降低流片成本？_風聞

芯片行業對於流片（Tape-out）都不陌生。

所謂流片，就是像流水線一樣通過一系列工藝步驟製造芯片，簡單來説就是芯片公司講設計好的方案，交給晶圓製造廠，先生產少量樣品，檢測一下設計的芯片能不能用，根據測試結果決定是否要優化或大規模生產。所以為了測試集成電路設計是否成功，必須進行流片，這也是芯片設計企業一般都在前期需要投入很大成本的重要原因。

一顆芯片從設計到量產，流片是非常關鍵的環節。當芯片完全設計出來以後需要按照圖紙在晶圓上進行蝕刻，採用什麼樣的製程工藝，多大尺寸的晶圓，芯片的複雜程度都會影響這顆芯片的流片成功率和成本，而且許多芯片都不是一次就能流片成功的，往往需要進行多次流片才能獲得較為理想的效果。

但流片是一件非常燒錢的事，有芯片大廠算過一筆賬，14nm工藝芯片，流片一次需要300萬美元左右，7nm工藝芯片，流片一次需要3,000萬美元，5nm工藝芯片，流片一次更是達到4,725萬美元。可見，流片對於芯片設計企業來説是一筆巨大花費，尤其是對於行業中小企業來講，實際流片的價格比大廠又高很多，讓本不富裕的“生活”更是雪上加霜。

流片為什麼這麼貴？

那芯片流片的價格為什麼這麼貴？

這就要提到芯片的製造原理了。芯片製造要在很小的芯片裏放上億個晶體管，製造工藝已經到了納米級，只能用光刻來完成。光刻就是用光刻出想要的圖形，光刻需要用到掩膜版（又稱光罩，Mask），掩膜版就是把設計好的電路圖雕刻在上面，讓光通過後，在晶圓上刻出圖形。

流片貴，一方面是因為剛開始有許多工藝需要驗證，從一個電路圖到一塊芯片，檢驗每一個工藝步驟是否可行，檢驗電路是否具備所要的性能和功能。芯片流片過程至少持續三個月（包括原料準備、光刻、摻雜、電鍍、封裝測試），一般要經過1,000多道工藝，生產週期較長，因此也是芯片製造中最重要最耗錢的環節。

如果流片成功，就可以據此大規模地製造芯片；反之，就需要找出其中的原因，並進行相應的優化設計。

其中，芯片流片貴，主要貴在掩膜版和晶圓，這兩項價格不菲且都是消耗品，其中掩膜版最貴，一套中端工藝製程的掩膜版價格大約在50萬美元左右，而一片晶圓的價額也在數千美元。

掩膜貴還是晶圓貴？

掩膜版是微電子製造過程中的圖形轉移工具或母版，其功能類似於傳統照相機的“底片”，根據客户所需要的圖形，通過光刻製版工藝，將微米級和納米級的精細圖案刻制於掩膜版基板上，是承載圖形設計和工藝技術等內容的載體。

這種從掩膜版的圖形轉換到晶圓上的過程，有點類似印鈔機的工作流程。把光刻機想象成印鈔機，晶圓相當於印鈔紙，掩膜就是印版，把鈔票母版的圖形印到紙張上的過程，就像光刻機把掩膜版上的芯片圖形印到晶圓上一樣。

掩膜版的價格主要取決於芯片所選用的“工藝節點”，工藝節點越高、流片價格就越貴。這是因為越先進的工藝節點，所需要使用的掩膜版層數就越多。據瞭解，在14nm工藝製程上，大約需要60張掩膜版，7nm可能需要80張甚至上百張掩膜版。

掩膜版層數多了，不僅僅是因為掩膜板的價格貴，還因為每多出一層 “掩膜板”，就要多進行一次“光刻”，就要再多塗抹一次 “光刻膠”，就要再多一次 “曝光”，然後再來一次 “顯影” …，整個流程下來耗費的成本就大大增加了。

據IBS數據顯示，在16/14nm製程中，所用掩膜成本在500萬美元左右，到7nm製程時，掩膜成本迅速升至1500萬美元。

掩膜版的總體費用，包括石英，光刻膠等原材料的成本，Mask Writer和Inspection等機台的使用成本，另外還有掩膜版相關數據的生成，包括OPC、MDP等軟件授權、服務器使用和人工開發成本等等。對於一款芯片，動輒幾十層的掩膜版，需要如此多的步驟，設備、軟件、人員缺一不可，費用自然昂貴。

據業內人士透露，某晶圓代工廠（Foundry） 40nm流片的光罩成本大約60-90萬美元；進入量產之後，每片晶圓可能3000-4000美元左右，所以，當前期生產5-25片進行產品驗證用，Mask成本是主要的；如果量產很多，Mask的成本平攤到每片晶圓以後就很少了，那麼則是晶圓主導成本。準確的説應該是平均到每一顆芯片上的費用便宜了，而不是總的流片費用便宜了。

如何降低流片成本？

上述種種因素影響下，芯片流片費用成為擺在設計企業面前的一個難題。那麼，面對流片價格高的問題，有沒有什麼辦法來降低成本？

**MPW (Multi Project Wafer) 就是一種可以幫助設計企業降低成本的流片方式。**MPW是指由多個項目共享某個晶圓，同一次製造流程可以承擔多個IC設計的製造任務，將多個使用相同工藝的集成電路設計放在同一晶圓上流片，製造完成後，每個設計可以得到數十片芯片樣品，這一數量對於原型設計階段的實驗、測試已經足夠。

通俗來講就是幾家公司或機構一起購買一套掩膜版，然後生產出來的同一片晶圓上會同時存在有好幾款芯片，待晶圓切割後，再把各自的芯片“領回家”。而該次製造費用就由所有參加MPW的項目按照芯片面積分攤，極大地降低了產品開發風險。

MPW有一定的流程，通常由晶圓代工廠或者第三方服務機構來進行組織，各種工藝在某一年之中的MPW時間點是預先設定好的，通常是越先進的工藝，安排的MPW頻率越高。晶圓代工廠事先會將晶圓劃好多個區域並報價，各家公司根據自己情況去預訂一個或多個區域。

這對參與者來説，在設計和開發方面有一定的進度壓力。但是相比之下，MPW帶來的好處是顯而易見的，採用多項目晶圓能夠降低芯片的生產成本，為設計人員提供實踐機會，並促進了芯片設計的成果轉化，對IC設計人才的培訓，中小設計公司的發展，以及新產品的開發研製都有相當大的促進作用。

對比來看，共享Mask的好處就是省錢，但是可能要等代工廠的時間節點，需要更多的時間。對於那些不差錢或趕時間的企業當然可以自己利用一套Mask（Full- Mask，全掩膜），製造流程中的全部掩膜都為自己的設計來服務，通常用於設計定型後的量產階段。機器一響，黃金萬兩。

因此，提升一次流片的成功率，也是降低流片成本的重要因素。

實際上，對於大部分的中小企業來説，除了價格以外，在流片或量產環節還面臨着包括產能、交期在內的諸多挑戰：

1.對Foundry體系不瞭解，缺乏工藝選型的經驗和Foundry打交道的經驗；

2.主流Foundry准入門檻高，新興玩家難以申請預期的工藝或支持，溝通成本高；

3.缺乏系統的供應鏈管理能力，尤其在量產產能爬坡階段，對產能、交期、質量過於樂觀；

4.產能緊缺情況下，缺乏備貨機制，恐慌性下單或有了訂單再下單導致產能跟不上市場需求。此外，交期的變化、產能的波動都會大大增加初創公司與晶圓代工廠的溝通成本，降低效率。

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對此，中小芯片設計企業可以尋求有資源、有經驗的第三方流片服務平台進行合作，一同來解決遇到的供應鏈難題。

以摩爾精英流片服務，可以提供完整的工藝平台，對接數十家主流晶圓代工廠，提供MPW、Full-mask及量產在內的不同工藝節點的流片服務，能夠顯著降低客户的商務成本和溝通成本。

另一方面，憑藉自建的專業流片FAE團隊，不僅為合作晶圓代工廠提供長尾客户的高效支持管理，也幫助中小公司的產品快速得到支持，協助客户選擇最優工藝，並保障客户的數據安全。

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