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2021年02月18日 | 为何电脑CPU这么贵，原因都在这里
2021-02-18 来源：知乎日报
你看到的 CPU 是这个样子：
这个是已经封装好的形态，外壳、硅板电路实际上不值几个钱，最贵的部分来自于里面的芯片。芯片在没有切割下来前是这样的晶圆形式：
对芯片和半导体行业没有概念的童鞋可以先看一下这个片子补补课。
在这个行业呆的越久，你就会觉得芯片生意真的是超级难做，为什么我们国家现在是以举国之力在发展半导体 / 芯片行业，而不是依靠市场的自发行为？
一个最重要的原因：成本太高，如果没有国家层面在政策与资金上的支持，几乎没有企业能挺过在研发与 startup 阶段的巨额烧钱式的投资。
成本高在哪些方面呢？
一、流片成本高
在大批量生产前要进行数量较少的流片验证。虽然晶圆片数较少，但是光罩的数目（photomask）一个都不会少。CPU 的光刻步骤大约在一两百步以内，每一步光刻都需要一块光罩，光罩的费用占据了流片阶段成本的很大一部分。
光罩里的图案极其精细，制造难度大，因而售价不菲
而流片后，往往就会发现光罩里的图案设计是需要优化的，并且这种优化并不只针对一层光罩，很多时候需要多层光罩同时修改，成本就进一步增加了。
二、工艺成本高
先进 CPU 芯片工艺步骤大约处于 1000-3000 步这个范畴。每一步都有物料成本，便宜的像 scrub（冲洗）这种工艺，大约每片加工成本处于分、毛这个量级，个别步骤的成本也可能会达到百元级别，比如使用了昂贵的材料。所有步骤累加起来就是一个比较大的数字了。
越先进的芯片，芯片结构就越复杂，工艺步骤就会越多。折算到每片晶圆上的成本就会越高。
就拿最简单的 MOSFET（金氧半场效晶体管）结构来讲，早期的 MOSFET 是这样的物理结构：
而现在，MOSFET 发展成了 FinFET（鳍式场效应晶体管），工艺步骤明显变多了，它长这样：
除了物料成本，生产超净间要 365 天 *24 小时保持电力运转，这么大空间的空气净化、湿度保持、恒温保持、污染颗粒去除，都需要电力成本。有媒体甚至爆出，全台湾用电的增加量，约三分之一由台积电贡献。足见半导体生产线的用电量之大。
三、设备成本高
半导体厂的生产设备都是极其昂贵的，很多设备的消耗性零件的售价是可以轻松买一辆路虎的。设备的折旧费用自然也会折算到芯片的成本之中。
最昂贵的就是光刻机，因为光刻机要实现的工艺太过精密。
四、风险成本高
越是先进的制程与产品，对产品工艺的要求就越高。晶圆从第一步开始，到最后完成加工，先进芯片往往要历时几个月才能完成这一过程，它们随时都会“死”在半路，包括但不局限于以下的死法：
1）技术工人由于太想女朋友走神了，装错了设备零件。
2）设备发生异常而没有警报，从而发生工艺偏离。
3）自动化系统自己死机了......
4）晶圆水土不服，不知道什么原因自己碎在了 FOUP（装晶圆的容器）里。
5）旋转过程中被甩飞了，撞的粉身碎骨......
原因五花八门，先不说工艺本身的失效，单是可以避开各种事故而冲到最后一步就已经很幸运了。而“死掉”的那些晶圆不能白死，都会反映到芯片的售价中来。
再先进的厂子也无法避免这些风险事件的发生。台积电就也曾因为风险工艺报废了十万片晶圆，当然这事得赖猪队友供应商陶氏化学。
台积电上万片晶圆报废 猪队友或是日商信越、JSR 及陶氏化学
除了这些，还有芯片设计成本、人力成本、封装成本、运输成本、销售宣传成本......
看完这些，你还会觉得 CPU 贵吗？一个经历了几千步的加工步骤，集合了差不多全人类所有智慧的结晶，叠加了林林总总的成本后居然只卖几千元，简直便宜爆了好伐。
史海拾趣