一颗台积电5nm芯片总成本超2900元

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本周二,雷锋网报道了台积电2nm制程研发进度超前,业界看好其2023年下半年风险试产良率就可以高达90%。这对于业界而言既是好消息,也是坏消息。好的是,当下AI和手机等芯片可以凭借先进制程获得更好的能效比,进行更多创新。坏的是,先进制程芯片的成本给无晶圆芯片设计公司带来了巨大的压力。

乔治敦大学沃尔什外交学院安全与新兴技术中心(CSET)的两位作者编写的一份题为《AI Chips: What They Are and Why They Matter》的报告,借助模型预估得出,台积电每片5nm晶圆的收费可能约为17,000美元,是7nm的近两倍。

2018年的时候,台积电CEO魏哲家就打趣地说,台积电预计在5nm投资了250亿美元,各位就知道以后价格是多少了!

华为消费者业务云服务业务发展部商务总监蒋治力表示,作为囊括了手机与智能家居的产品平台,华为面向开发者提供全面的能力开放、全方位的运营支持以及全球应用分发渠道,并且还拿出真金白银,通过“耀星计划”激励开发者。

下表给出了每个工艺节点量产的时间以及代工厂的数量,可以看到,随着制程的向前推进,晶圆代工厂数量越来越少。目前先进的制程工艺代工厂仅剩台积电、三星和英特尔。

雷锋网(公众号:雷锋网)此前报道,为了支撑先进制程,台积电十年内研发人数增加了三倍,2017年研发人员将近6200人,比2008年多了近两倍,这6200人只从事研发,不从事生产。

值得关注的是,由于CSET当前正在关注AI和先进计算的进步所带来的影响。该报告称,美国政府正在考虑如何控制AI技术,但由于AI软件、算法和数据集不是理想的控制目标,因此硬件成为了重点。

之所以先进制程芯片的成本不断增加,不可忽视的是半导体制造设备成本每年增加11%,每颗芯片的设计成本增加24%,其增长率都高于半导体市场7%的增长率。

为持续推动以互联网产业为代表的数字经济增长,助力河南产业升级,2020年10月29日,由APUS主办的“豫见新势力——互联网高峰论坛”盛大开幕,全球知名企业高管、产业研究机构与行业专家共聚郑州,结合产业趋势和数字实践,积极为河南数字经济发展提供策略建议和商业扶持。

假设5nm GPU的芯片面积为610平方毫米,并且晶体管密度比P100 GPU高,达到907亿个晶体管。下表中是用模型估算的台积电90至5nm之间的节点晶体管密度。在90至7nm范围内的节点,模型使用具有相同规格的假想GPU,包括晶体管除晶体管密度,假想的5nm GPU与假设节点关联。

当然,使用更先进的制程节点芯片设计公司也会有相应的成本增加。最终看来,芯片设计成本和ATP成本之和等于总生产成本,得出每颗5nm芯片支付的总成本将高达426美元成本的结论。

5nm之后“高贵”的先进制程

CSET的成本模型使用的是无晶圆厂的角度,包含建造工厂的成本、材料、人工,制造研发和利润等。芯片制造出来后,将外包给芯片测试和封装(ATP)公司。

注:文中图表来自报告雷锋网

针对河南互联网从业者提出的营销推广与品牌增值问题,Adjust和全球艾菲也提出了各自的发展建议。Adjust中国区副总裁Chris表示,作为赋能中国互联网企业出海的重要伙伴,他们已经形成了一套完善的服务流程,能够为河南企业提供一站式移动营销服务,让移动营销更简单、更智能。全球艾菲高级副总裁徐浩宇则指出,中国以技术和数字模型赋能品牌营销的模式已经走到了世界前列,艾菲愿与广大河南互联网企业加强合作,通过数字营销,缔造中国智造的全新品牌。

不过,由于半导体设备、研发等成本持续增加,这也让大量晶圆代工厂无法参与先进制程的生产和竞争,比如,GlobalFoundries就不生产14 nm以下的芯片。

本次高峰论坛还设置了圆桌论坛,企业高管、行业专家就河南互联网企业目前的业务痛点与发展机会进行了深度交流。与会企业希望继续强化沟通与业务融合,全面构建内容、服务与用户的高效连接,实现高质量增长和变现,打造开放共赢的河南互联网产业,共同助力河南数字经济增长。

未来,有多少AI芯片功能能够用得起先进制程?AI在全球的发展又会受到怎样的限制?

晶体管尺寸减小使每个晶体管的功耗也降低,CPU的峰值性能利用率每1.57年翻一番,一直持续到2000年。此后,由于晶体管尺寸减小放缓,效率每2.6年翻一番,相当于每年30%的效率提升。

虽然代工厂越来越少,但业界对于先进制程的需求并没有减少。AI芯片就对先进制程有不小的需求,最先进的AI芯片比最先进的CPU更快,且具有更高的AI效率算法。AI芯片的效率是CPU的一千倍,这相当于摩尔定律驱动下CPU 26年的改进。

但高昂的成本和性能提升的幅度减少,让AI公司在计算上花费的时间和金钱更多,进而成为AI发展的瓶颈。

换句话说,摩尔定律延续增加大量的投入和人才。

报告中指出,台积电声称的节点进步带来的速度提升和功耗降低,从90 nm和5 nm之间以恒定比例变化,但趋势趋于平稳。三星两种指标在14 nm和5 nm之间都有下降趋势,但缺少大于14 nm的节点处的数据。

不仅不如,通过对半导体行业和AI芯片设计的调查,作者通过模型不仅估算出5nm芯片238美元的制造成本,还提出了每颗芯片108美元的设计成本以及每颗芯片80美元的封装和测试成本。

由此计算,直径300毫米的硅晶片能够生产71.4颗 610平方毫米的芯片。

腾讯、百度、APUS以自身发展经验展示了其在分发推广、内容生态、流量变现以及个性化服务等方面的诸多探索和成效。此次论坛,APUS重磅推出了“十亿流量”扶持计划,对内容创作者和开发者给予奖励与支持,以推进互联网内容、生态、服务的全维度发展。

这使芯片设计公司为每颗5nm芯片支付的总成本将高达426美元(约为2939元)。

到了2nm,台积电和英特尔都采用GAA(Gate-all-around,环绕闸极)或称为GAAFET维持先进制程的性能提升。魏哲家透露,台积电制程每前进一个世代,客户的产品速度效能提升30%- 40%,功耗可以降低20%-30%。

获取用户、沉淀用户价值,握技术风向与选择业务模式是互联网产业发展的“三驾马车”。以腾讯、百度、华为、APUS为代表的互联网巨擘不约而同的提到了三个词——生态、开放、共赢。

生态开放+品牌赋能 知名企业对接河南互联网企业转化数据价值

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这要求晶体管持续改进,晶体管的改进仍在继续,但进展缓慢。得益于FinFET晶体管的发明,英特尔在2011年推出了商业化的22nm FinFET,业界也基于FinFET将半导体制程从22nm一直向前推进到如今的5nm。

关注『芯基建』公众号,回复“5nm”获取原版英文报告

对此,腾讯网服行业销售总监贾媛媛表示,当前互联网行业已经进入深度融合的“加时赛”阶段,大盘见顶增长放缓迫使所有从业者不得不更加重视模式创新。面对全行业的增长焦虑,她以腾讯业务的成功经验为例,提出了成熟技术的跨界组合这一融合创新模式。

百度联盟发展部商务负责人穆磊则表示,在后疫情时代,工具类互联网产品明显感受到竞争烈度。他建议,工具媒体要进行生态化拓展,摆脱单一功用与固有产品印象,打造综合智能平台,为业务发展挖掘新增长点。

先进制程的高成本如何影响半导体和AI发展?

伴随世界性疫情冲击,全球经济增速放缓,行业亟待高质量发展,如何把握新形势下的产业发展趋势,突破增长困境成为行业需求。

中国数字经济不断发展,内核是科技创新,以互联网领域表现最为突出。从搜索引擎、门户时代,到电子商务时代,再到移动互联网为代表的“互联网+千行百业”,网络早已深度渗透各行各业。河南作为数字经济先行者,在推进数字建设方面卓有成效。2019年在豫互联网企业数达3391家,同比增长58%,成为数字经济发展“排头兵”。

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半导体市场以超过世界经济3%的速度增长。目前,半导体产业占全球的0.5%经济产出。对于半导体产业而言,先进的制程和高性能芯片驱动着行业的进步,晶体管成为关键。

该报告同时估计,每片300mm直径的晶圆通常可以制造71.4颗5nm芯片,这让无晶圆芯片公司的制造成本达到每颗238美元(约为1642元)。

设计一款5nm芯片的总成本将高达近5亿美元,那平均到每颗芯片的成本有多高?CSET在报告中的模型类比了英伟达P100 GPU,这款GPU基于台积电16nm节点处制造,包含153亿个晶体管,裸片面积为610 平方毫米,相当于晶体管密度25 MTr/mm 2。

台积电2nm工艺重大突破!2023年风险试产良率或达90%

并且,随着半导体复杂性的增加,对高端人才的需求也不断增长,这也进一步推高了先进制程芯片的成本。报告中指出,研究人员的有效数,即用半导体研发支出除以高技能研究人员的工资,从1971年到2015年增长了18倍。

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