400亿美元建晶圆厂,芯片要越来越贵了吗?

   时间:2024-04-07 来源:中国电子元器件

盖一座制造芯片的晶圆厂大概要多少钱,中芯国际花了接近90亿美元,Intel的两座晶圆厂预算是200亿美元,台积电在美国的工厂更是投资400亿美元,这还不算以后可能会继续追加投资。

在整个半导体产业链建造晶圆厂绝对是最烧钱的环节,而且在可以预见的未来,建设一座晶圆厂会越来越贵,原因很简单,因为材料要求更高了,设备更贵了,工艺要求更复杂了。

根据相关数据显示,建一座月产能5000片的90nm晶圆厂费用在24亿美元左右,一旦这个制程推进到28nm费用就涨到了60亿美元,增长了2.5倍,到了更先进的5nm制程,一座晶圆厂的价格直接就飙升至160亿美元。这个是什么概念呢?

字节跳动2022年海外营收也才160亿美元,128G的iPhone15价格是999美元,建一座晶圆厂的费用够买1600万部iPhone15。

我们今天来看一下,这上百亿美元,到底都花在了什么地方

建设晶圆厂需要哪些?

晶圆厂也可以看做,是一个特殊的工厂,只不过它的要求,会比其他的工厂更高。既然是工厂,那么它的运转,自然离不开四要素,第一个是房子,第二个是设备,第三个是工作人员,第四个就是原材料。

首先来说房子,晶圆厂的房子叫做洁净室,洁净等级达到了顶级的100级,要求每立方米空气中大于0.5 微米的颗粒数低于100个,为了保持超高的洁净度,工作人员进入洁净室禁止化妆佩戴首饰。一个动辄几万平方米的工厂,对洁净度的要求如此高,其难度可想而知,花的钱肯定也不会少到哪里去。

而整个晶圆制造厂,最花钱肯定要是设备了。根据相关数据显示,设备的费用占了整个晶圆厂建造成本的70~80%。虽然不同晶圆厂的制造工艺有差别技术路线不同,对设备的需求数量也会有所差异,但最核心的三大领域设备必须有。

这三大领域设备分别是光刻设备、刻蚀设备、薄膜设备,并且在这几大设备之下,又会有不同的细分种类,比如薄膜设备,就有化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等,简单来说,晶圆产线的设备种类特别多,少则几十种多则近百种。

这些设备的价格也十分昂贵,就拿光刻机来说,2021年上半年,ASML出货了16台EUV光刻机总共赚了24.6亿欧元,相当于每台EUV光刻机的价格为1.5亿欧元,根据媒体报道,预计ASML即将推出的5000系列光刻机,单台的价格将会超过3亿美元,也就是20亿左右人民币,这样算下来一台光刻机能换几架歼20 呢?

除了设备之外,晶圆厂要能够进行生产制造需要硅片这种原材料,目前市面上,用于制造芯片的硅片,主要有8英寸,和12英寸,两个尺寸,根据相关数据显示,硅片的价格大概在1美元/平方英寸,12英寸的硅片价格大概在120~150美元之间。不过值得注意的是,虽然这个成本看起来不贵,但台积电卖出去的,价格可是不低。

一片12英寸的硅片其经过7nm工艺加工制造能卖10000美元,而未来采用3nm工艺生产能卖到20000美元一片,价格翻了一倍。

晶圆代工,强者通吃

通过前面我们对洁净室、设备、硅片,的介绍不难发现,制程越先进的芯片,其晶圆厂的建设,也就越费钱,这有出现了两个问题?

第一个是晶圆厂建造越来越贵,是不是会有越来越多的晶圆制造商玩不起了。事实上,在12nm之后基本上大多数厂家都不玩了,之前联电、格芯都表示,自己已经无法承担,7nm的研发制造费用,以后的制程就停留在12nm,不继续陪大家玩先进制程的游戏了,如今市场上也就只剩下台积电、三星和Intel三家能够制造10nm及以下制程的芯片。

而且可以预见的是,随着制程越来越高,投资越来越大,晶圆厂也越来越吃不消了。这一点从台积电的资本支出就可以看到,2015年,台积电当时的制程是14和16nm,当年的资本支出,也就80亿美元,到了2022年,台积电推进到4nm和3nm,资本支出达到了363亿美元,7年涨了4.5倍,这种投入增长速度放眼整个半导体市场,除了三星这种土豪之外,真没几家企业能玩得起。

晶圆厂越建越贵牵扯出的第二个问题,手机芯片会越来越贵,回顾过去七八年,不管是苹果还是安卓,旗舰手机的价格都是一涨再涨,这当然有手机厂商,想赚更多钱的因素在,但另一方面,也是因为成本增加了,尤其是顶级芯片的成本越来越贵。

在16nm的时候,一颗芯片的设计成本在9000万美元,到了7nm成本飙升到2.5亿美元,3nm甚至会达到,5.8亿美元。以高通为例,2019年865处理器的成本在85美元左右,到了2022年的8 Gen2价格,已经接近865的两倍。

苹果这边也是一样的,2015年的A9处理器,成本在22美元,到了2020年的A14,成本来到了40美元,根据IBS的预计,苹果3nm芯片的成本,大概会在50美元左右,未来的2nm芯片成本,可能会达到85美元一颗。

半导体从来都是一个少数玩家的游戏,放眼整个半导体产业,也只有中国、美国、日本、韩国和欧洲,玩得起这个产业随着晶圆厂建造越来越贵,大家烧的钱,也会越来越多,这也是为什么各国,都在给半导体补贴的原因之一,而回到我们生活中,大家对芯片越来越贵的最大感知,可能就是高端手机会越来越贵。

 
 
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