一块小小的芯片是如何诞生的?

0.绪论

昨天咱们重要讲讲芯片的第一个阶段,立项。

正在整个芯片流程中如上图所示的地位。这个步骤抉择了芯片要没有要做,也很年夜水平抉择了最初是没有是能有贸易上的胜利。这个阶段的输出是市场调研,输出是对芯片的贸易需要

这个阶段实正在重要回覆三个魂魄题目。咱们逐个来讲讲。

1 第一个题目:需要确认——这个芯片处理了甚么痛点

这个题目是任何需要立项的名目绕没有开的一个坑,必须把坑填了,这个题目搞没有清晰,那能够做一回芯片界的手工耿。做产品以及科研另有点点区分,科研名目你只有脑补出一个自圆其说的将来能用到的痛点即可,只有评委先生觉患上这个痛点是个痛点,基础上就立项胜利了。做产品的话年夜体有四种范例。取决于你的芯片是是用来干啥的。

第一类是 2VC(Venture Capital)的芯片。这类芯片多见于守业公司。重要宗旨用户是 VC 投资的一帮人,终究目标是拿到投资。这类芯片立项的时刻一个最重要的点:芯片要有想像空间(自己的瞎发明,纷比方定对)。甚么叫想像空间?要让 VC 以为这个芯片尽管当初看着没有会赢利,然而之后一旦做起来咱们便是下一个 NVIDIA,拳打 INTEL, 脚踢 AMD。正在这个道理的加持下,要是宗旨是这类芯片,那末外正在的运用能够正在 AI, VR, 主动驾驶等等,外正在的手艺囊括存内盘算,chiplet 或模拟盘算,光通讯甚么的一切安顿上。而且故事要讲圆了。要是便是想做个 NFC 芯片,尽管能够确凿实用且有人买,而且也能赚到钱,但已有好多成熟的处理计划,纷比方定有想想空间。这类标的就没有适宜这一类芯片。

第二类是 2PR (Public Relationship)的芯片。这类芯片多见于已有胜利的贸易产品,然而没有芯片做没有出差同化的公司。这类芯片立项的时刻一个最重要的点:能没有能体现差同化。譬如做手机,人人都用高通的芯片,基础上很难做出差同化。记切昔时轻罗激辩群儒的时刻说过一句话,人人都用高通的芯片,京西方的屏,强行说优化以及调教便是装 X。要是想开脱组装厂的标签,有自己的芯片确凿是一个很好的来由。绝对机能能够没有如竞品,但只有合作敌手没有自己有,那末这个货色某种意思上便是一个弗成对比的优点。终究比没有了机能能够提用户体验,比没有了功耗能够提老本。总之便是组装的货色里有了这么一颗自研芯,譬如弄一个 ISP 或 HIFI 芯片等等,产品就能够正在市场中造成差同化,找没有到间接合作敌手。以是这一类芯片能够没有赢利,能够折本赚呼喊,但未需要让能赢利的产品体体现出真正的差同化。

第三类 2TR (Technical Reserve)的芯片。这类芯片重要是做手艺贮备用的,简称备胎芯片,多见于超年夜型的公司,没有靠芯片赢利, 实正在高校做的也能算这类芯片。做了兴许没有用,然而手里有这个货色无比重要。重要有三点思考,一方面,手里有这个货色能够向真正的芯片提供商压价,另一方面,也要防备被断供的危险。譬如复兴被美国制裁事宜,手里没有货就很主动,第三方面,为将来的营业做未必的贮备,一旦市场浮现需要能够倏地上手。这类芯片一个重要特征是:花最小的价钱能够代替现有的芯片。芯片的老本、机能或功耗能够比现有的弱,但最少能用,少了芯片提供没有会齐全瘫痪。

第三类是传统意思上 2B 或 2C 的芯片。这类芯片多见于对比成熟的半导体公司。重要宗旨便是靠芯片自身赢利。芯片自身便是外围的合作力。譬如 NVIDIA, Intel,比特亨衢, 兆易翻新等等。这类芯片立项的时刻就一条最重要的点:芯片处理了现正在市场甚么有余,能没有能获患上贸易胜利。这类芯片最难做,因为实切实正在的便是要思考投入产出比。要想贸易胜利除了去有壮年夜的人脉或天资认证做垄断的货色岂论,其余年夜体上有两条路。一条是靠手艺壁垒,确凿合作敌手以相反的老本做没有出同样的芯片。譬如 intel 的 CPU, NVIDIA 的 GPU,单颗芯片都无比贵。另一条路是靠边际老本。芯片本色上照样一个工业产品。只有是工业产品就能赚边际老本下落的钱。只有量充足年夜就有的赚。无论想要走那条路,实正在都要想清晰,客户的原始需要是甚么,这个芯片处理的需要是没有是一个伪需要,市场上是没有是已有相似的产品,咱们要做的芯片是没有是偶然机(譬如更低的老本,更高的机能,更低的功耗 etc)。要确认这个货色实正在是一个无比痛楚的历程,偶然候最初实正在便是老板的意志来点头。否则靠产品司理以及设计团队互相拉扯最初很难有甚么效果。。想像中的场景是产品以及设计团队一拍即合,以为均可做,而后往下推动。而理论上对一个题目认识分比方的人千差万别。一件事 A 以为 OK, B 以为没有行,互相谁也无法压服谁,有限扯皮。同时,伪需要也要逐个鉴别。举个容易的栗子,曾以为对堆栈场景下做一个基于机械视觉的芯片主动导航偶然机,理论下来工场调研一下就会发明这类小车都是正在地上贴个标签,小车间接沿着标签走就能够,齐全没需要用甚么机械视觉 Orz。

2.2 第二个题目:财务概算——这个芯片要几投入,能赚几钱

要是芯片是贸易化举动,这个题目也注定没有设施绕开,波及到钱。

这该是一个业余的财务题目,理论操作的时刻需要细腻的算。咱们此处试图明白没有雅点。实正在也分两个偏偏向,无非是老本以及价钱。

2.2.1 芯片的老本

咱们先来讲说老本的题目。芯片的老本年夜体有三个方面:

芯片老本=硬件老本 + 设计老本 + 流动整天职摊。

2.2.1.1 硬件老本

先来讲讲最容易瞥见的硬件老本。硬件老本有个年夜体的盘算公式。

硬件老本 = (掩膜老本 + 晶片老本 + 封装老本 + 测试老本)/ 制品率

掩膜老本能够容易明白为。。一个制造芯片的模具。统一个芯片掩膜只有一份钱,制程越贵,价钱越贵。无非详细几钱台积电、中芯国内等等代工场实正在是泄密的,为了完成价钱轻视,基础上是一案一议。没有亲身跑去谈,很难过到详细的价钱。中国年夜陆的话范围充足年夜能够间接找 TSMC, SMIC 甚么的间接谈。要是范围没有年夜也能够找相似中关村落芯园这类企业作为桥梁正在 TSMC 流片。

晶片老本就与芯片的数量有瓜葛了。晶片原资料便是硅,做作是产的越多收钱越多。要是芯片量很年夜,这全体红本会占年夜头。摊派到单个芯片的老本正常是这么盘算的。chip cost = wafer cost/ (DPW * Yield)。芯片老本即是一个 wafer 的老本除了以 Die per wafer,再除了以良率)。

封装测试老本这两个放一块儿说,彷佛没有详细的盘算法子,此处只有晓患上他两的老本基础与芯片 Pin 脚的数量有瓜葛即可。pin 脚越多,老本越年夜。有种说法,封装老本以及拐角呈三次方瓜葛,测试老本以及拐角成平方瓜葛。

2.2.1.2 设计老本

设计老本这其中央重要囊括了上面几个全体。

设计老本 = 工程师人为 + 学问产权用度 + 硬核 IP 用度

工程师人为这一全体重要是人力老本。这个对一家公司来讲实正在绝对好算,因为要交社保,发福利甚么的,此处给集体力老本的年夜体预算法子。工程师税前人为 *1.4 年夜概便是公司支付的人力老本单价。而后乘以芯片的开辟光阴就能失去芯片的老本。

学问产品用度简称交专利费。譬如做手机芯片要按手机售价的比例给高通交纳高通税。这些专利年夜多依靠于协定或性能,譬如 5G 通讯的协定,芯片完成了某共性能就必须给高通交一比用度,本色上照样算法专利。芯片设计自身的专利费却是没有容易交,因为芯片都流片了,源代码没有漏进来实正在很难取证侵权。

硬核 IP 用度,实正在也没有是一比小数量。芯片里会存正在一些货色例如高速接口这些很难啃的货色。譬如 USB PHY, DDR PHY,PCIE PHY 甚么的货色。正常 synopsys,arm 等等公司收取 IP 费都是先有个流动台阶,后面再依据芯片的销量抽成。据我所知,确凿存正在设计芯片的时刻间接来个 DDR, 再来个 USB, 横竖都以为运用起来是很罕见的接口理当没有贵,然而探询价钱之后间接取消芯片设计的。也据说过买了 DDR PHY 资金链断裂公司间接卖了的。这些 PHY 贵的能有百万美圆。

2.2.1.3 流动整天职摊

这全体红本实正在就对比难准确的算,而且患上多芯片应当会专用。譬如年夜楼的房钱,譬如买种种 EDA 软件的受权。买设施或租设施用度。一来,这些用度能够以及患上多产品公摊,没有能全算正在芯片头上。另一方面,既然是软件,你懂的。

2.2.2 芯片的价钱

定个好价钱能力赚到钱,详细定几各个公司战略肯定是纷比方样的。有些指望薄利多销,有些指望有一个宰一个,贵一点。但年夜体上,老本越高,价钱应当就定的越高,据传说,芯片的价钱定正在 8:20 对比罕见,例如芯片老本 8 块钱,卖 20 块。年夜体能够是正在 8:10 到 8:40 之间倘佯。固然,要是是 2VC 或 2PR 的芯片,这个订价能够也没有那末症结。折本赚呼喊也是值患上的。

至此,芯片的老本以及价钱搞清晰后,依据市场调研的市场范围以及预估的市场份额就晓患上,这个芯片能没有能有钱赚。此处只是容易的从老本以及价钱的角度讲了一下。理论上有分比方的贸易形式能够选,终究完成红利。无非归根结低,便是支出要年夜于老本。

2.3 第三个题目:可获取性评价——能没有能做进去

有了后面两个步骤,这一个步骤实正在要有设计职员来参预。重要便是能没有能完成进去的一种评价。

2.3.1 有没有人来做

这个题目为甚么是个题目,重要是因为芯片是一个对比简单的产品,招到靠谱的工程师原先就没有容易,招到一个甚么都懂的工程师更是没有年夜能够,正常都需要业余的人干业余的事。譬如前真个工程师实正在很难胜任后真个活。以是可获取性的第一个题目便是肯定有没有人来做。正常来讲,有四类设施。

  • 第一类:齐全外包型。只要要出最原始的需要,一切前端后端均外包进来。实用于芯片起步或自己临时没能力设计的状况。因为芯片设计前真个货色以及营业分割无比密切,患上多状况下能够波及到贸易秘要,以是真正能接这类端到端交钥匙工程的中央应当未几。无非这类芯片另有个变种设施,也仅仅是据说,没有要模拟。。。譬如年夜佬有路子从成熟的外企找来一份能用的代码,至对于找了一个收费的外包,先做起来第一代能用的芯片,靠这个拿到投资再逐渐把代码调换成自己的货色。这类做法的祖师爷其切实昔时正在上交就实验过。
  • 第二类:前端设计型。这类形式是自己出 DC 综合后的网表,把后端完成的活给外包进来。中小型的公司年夜多能够这么干。因为后端原先的特征便是与营业自力的,特地有个重年夜的后端团队实正在后期没有需要,找业余的后端团队省时省力。这些后端团队有些是至公司进去接私活,也有些便是特地做这块的公司。譬如摩尔精英甚么的,有后端效劳。
  • 第三类:后端自有型。这类公司多见于对比成熟的公司。譬如英伟达,苹果,高通,海思,比特年夜陆等等,前端后端团队都有。间接给代工场交 GDS 疆域,代工场譬如台积电卖力加工消费。这类设施的优点做作是高度可控,前端后端能够高度的联动,保障芯片进度。
  • 第四类:设计制外型。这类实正在就对比少了。正常拥有长久的汗青秘闻。。。从设计到制造整个自己搞。譬如三星,Intel。最少现阶段没有是中国的芯片企业能望其项背的。相识一下就好。

正常咱们把第一到三类叫 design house 或 fabless, 第四类叫 IDM。年夜全体的芯片都是接纳 fabless 的设施做进去的。

2.3.2 手艺上可弗成行

这个题目与详细要做甚么芯片有瓜葛。确认了有需要,能没有能做进去需要手艺职员对症结手艺停止评价。

重要有下列几个思考点。

功耗上可弗成行。尽管有未必的低功耗手法能够升高芯片的功耗,然而完成一个工作所要的最小的功耗每一每一没有能数量级的升高。有能够这个功耗请求便是没有能做进去。譬如你发明功耗 uW 级其余人脸识别芯片有市场,但人脸识别需要少量运算,功耗很难管制到 uW 下列。尤其是好多芯片是电池供电的,能够最初手艺职员评价后会发明功耗对体系电池寿命影响太年夜,弗成用。正常来讲功耗出题目标状况对比年夜。

机能上可弗成行。这个题目对数字电路影响能够也没有是很年夜,终究数字电路机能没有够正常换更好的工艺,或增多并行的逻辑就能搞定,但接口类的中央容易出题目。譬如 chiplet 芯片组,芯片间的交互带宽高出了现有接口的极限速率。或 ADC 因为功耗制约,机能无奈到达需要。总之便是工程职员需要评价一下机能能否可行。

寿命是没有是可行。对年夜全体芯片来讲这个都没有是题目,然而某些接纳譬如 RRAM 器件,Flash 器件的芯片需要特别存眷一下。譬如用 RRAM 练习或推理神经收集的芯片,RRAM 能够会被频仍的读写,致使生效。

2.3.3 IP 能没有能拿到

重要波及两个方面的内容。

专利受权能没有能拿到。这个状况对比少,然而确凿能够存正在这个题目,有些专利绕没有开,又拿没有到专利受权,到后期都设计终明晰才发明题目就无比为难。最佳晚期就能发明这个题目。

硬核 IP 能没有能拿到。正常没题目,synopsys 的 IP 应当给钱就卖。然而也有特别状况,譬如你的预算没有够,或被美帝制裁了,这些 IP 就纷比方定拿到。很少有人能自己弄出一个对比稳固的硬核 IP。以是硬核 IP 能没有能拿到也要正在立项阶段就有开真个论断。

3. 总结

这篇文章实正在讲的是一个芯片该没有该做的题目。归探求竟总结成一句话:芯片有市场需要,预期收益年夜于投入,有人做,手艺上也可行。通过了这几个思考的点,要是立项胜利,那咱们就能够进入下一个阶段:没有雅点与设计。

 

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