隨著電腦的普及和DIY(英文Do It Yourself的縮寫)的盛行，普通百姓可以通過各種渠道買到英特爾、AMD的CPU，配合主板、內(nèi)存、硬盤、電源等配件組裝自己的電腦。

在當今CPU價格高度透明的情況下，有一個耐人尋味的現(xiàn)象，那就是洋CPU性能好，價格低，而土CPU價格不見得比洋CPU低，但性能卻只有洋CPU的20%-40%。

以英特爾和某國產(chǎn)CPU為例，英特爾的賽揚、奔騰CPU售價為250~500元，中高端的酷睿i5、i7售價一般在1000~2000元不等，而某國產(chǎn)CPU同樣采用X86指令集，在性能上只有i5的25%左右，但政府采購價卻不比i5低......

是國內(nèi)CPU公司“心黑”?還是其中另有隱情?

要回答這個問題，就得先從CPU的成本構(gòu)成中尋找答案。從最初的一堆沙子，到最后的一片小小的CPU，期間要經(jīng)過晶圓制造、掩膜到封裝、測試等諸多環(huán)節(jié)，這其中，到底有哪些成本呢?

CPU的成本構(gòu)成是這個樣子滴

1、晶片成本

要制造CPU，第一步是制造晶圓(將晶圓切成小片后即可得到晶片)。晶圓的成分是硅，是地殼內(nèi)第二豐富的元素(沙子的主要成分就是二氧化硅)。制取晶圓分為三個步驟：

一是制取電子級硅。通過碳和二氧化硅在電弧熔爐中反應(yīng)得到冶金級硅，再對其進一步提純，將粉碎的冶金級硅與氣態(tài)的氯化氫進行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到電子級硅，其純度高達99.999999%。

二是制取硅錠。將電子級硅放在石英坩堝中，并用石墨包圍不斷加熱，溫度維持在大約1400℃，爐中充斥著惰性氣體，使電子級硅熔化的同時，不會因化學(xué)反應(yīng)而摻雜雜質(zhì)。

隨后將一顆籽晶浸入坩堝中，由拉制棒帶著籽晶與坩堝旋轉(zhuǎn)方向逆向旋轉(zhuǎn)，采用旋轉(zhuǎn)拉伸法緩慢將籽晶垂直拉出，熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，最終得到圓柱體的硅錠。

三是切割圓晶。將得到的硅錠橫向切割成圓形的單個硅片，然后進行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡。

目前，國際主流采用的是12英寸晶圓。就國內(nèi)而言，中芯國際和華力微都有12英寸晶圓廠，英特爾、三星、海力士等公司在大陸也有12英寸晶圓廠。

雖然12英寸晶圓廠的投資遠遠大于8英寸晶圓廠，但是晶圓尺寸越大，意味著單片晶圓能夠切割出的芯片越多，芯片成本也就越低。

在設(shè)備成本被以億為單位的芯片出貨量平攤后，采用尺寸更大的晶圓，不僅芯片價格可以更具競爭力，還能以細水長流的方式獲取更多利潤。

因此，晶片成本就是以二氧化硅制取晶圓所耗費的資金分攤到每一片晶片后的成本，可以簡單理解為每一片芯片所用的材料(硅片)的成本。

2、掩膜成本

在得到晶圓后，要制造CPU，還要進行以下步驟：

一是濕洗。用各種化學(xué)藥劑清洗晶圓，確保晶圓表面沒有雜質(zhì)。

二是光刻。使用光刻機將激光光束穿透畫著線路圖的掩膜，經(jīng)物鏡補償各種光學(xué)誤差，將電路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅晶片上的電路圖。

光刻示意圖。最上方的是掩膜，中間的是物鏡，用來補償各種光學(xué)誤差，最后將電路圖成比例縮小后映射到硅片上。

三是離子注入。在硅晶片不同的位置嵌入不同的物質(zhì)，進而形成場效應(yīng)管(晶體管)。

四是蝕刻。使用刻蝕機將晶片上多余的部分去掉，得到所想要的結(jié)構(gòu)。

五是等離子沖洗。用較弱的等離子束轟擊整個芯片，達到清潔的效果。

六是熱處理。瞬間把晶圓加熱到1200攝氏度以上，然后慢慢地冷卻下來，使得注入的離子能更好地被啟動以及熱氧化，并在晶片中形成場效應(yīng)管的柵極。

七是氣相淀積。通過物理、化學(xué)氣相淀積設(shè)備進一步精細處理晶片表面，并給晶片鍍膜。

八是電鍍、化學(xué)、機械表面處理。

因此，掩膜成本就是晶片加工成本以及光刻機、刻蝕機、物理、化學(xué)氣相淀積設(shè)備的折舊成本等等。掩膜成本的高低和制程工藝的關(guān)系非常大，像40/28nm的工藝已經(jīng)非常成熟，成本也低，40nm低功耗工藝的掩膜成本為200余萬美元;28nm SOI工藝為400萬多美元;28nm HKMG成本為600多萬美元。

但在最新的制程工藝問世之初，耗費則頗為不菲。在2014年剛出現(xiàn)14nm制程時，曾有消息稱其掩膜成本為3億美元。

當然，隨著時間的推移和臺積電、三星掌握14/16nm制程，現(xiàn)在的價格應(yīng)該不會這么貴。英特爾正在研發(fā)的10nm制程，根據(jù)英特爾官方估算，掩膜成本至少需要10億美元。

新制程工藝之所以貴，一方面是貴在新工藝高昂的研發(fā)成本和偏低的成品率，另一方面也是因為光刻機、刻蝕機等設(shè)備的價格異常昂貴。

以前道光刻機為例，國內(nèi)商業(yè)化量產(chǎn)依舊停滯在90nm，40/65nm的光刻機雖然取得技術(shù)突破，但依舊沒有商業(yè)化量產(chǎn)，有可能還處于實驗室狀態(tài)。

中芯國際、華力微等晶圓廠的28nm光刻機完全依賴進口，而且價格頗為不菲——ASML主流技術(shù)水平的光刻機售價為幾千萬美元，最先進的EUV光刻機問世時售價曾高達1億美元……

光刻機

每片CPU的掩膜成本=掩膜總成本/總產(chǎn)量，因此，如果產(chǎn)量小，CPU的成本會因為掩膜成本而較高，只要產(chǎn)量足夠大，比如每年出貨以億計，掩膜成本被巨大的產(chǎn)量分攤到微乎其微。

3、封測成本

晶圓倒裝機

在晶片完成上述光刻、刻蝕等步驟后，還需要用后道光刻機、減薄機、劃片機、裝片機、引線鍵合機、倒裝機等制造設(shè)備給晶片裝個殼，將之前加工好的晶片和基片、散熱片堆疊在一起，最終形成我們?nèi)粘Ｒ姷降乃乃姆椒?、帶針腳和商標的CPU。

封裝成本就是這個過程所需要的資金。在產(chǎn)量巨大的一般情況下，封裝成本一般占硬件成本的5%-25%左右，不過IBM的有些芯片封裝成本占總成本一半左右，據(jù)說最高曾達到過70%......

測試可以鑒別出每一顆處理器的關(guān)鍵特性，比如最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器的等級，比如將一堆芯片分門別類為：i54460、i54590、i54690、i54690K等，之后英特爾就可以根據(jù)不同的等級，開出不同的售價。如果芯片產(chǎn)量足夠大的話，測試成本在CPU總成本的占比可以忽略不計。

以已經(jīng)非常成熟的40nm低功耗工藝為例，采用該制程工藝的CPU，其測試成本約為2美元，封裝成本約為6美元。

4、設(shè)計成本

設(shè)計成本主要包括專利成本、開發(fā)工具成本、工程師工資和場地費用等。

一是專利成本。目前，國內(nèi)只有像龍芯、申威等少數(shù)走獨立自主技術(shù)路線的IC設(shè)計公司可以做到自己設(shè)計的CPU/微結(jié)構(gòu)不含第三方IP，比如申威411、申威1621，龍芯3A2000/3B2000/3A3000/3B3000，以及微結(jié)構(gòu)GS464E皆不含第三方IP。而國內(nèi)其他IC設(shè)計公司基本上還處于購買國外IP做集成的階段，主要的IP供應(yīng)商都是國外公司。

以海思、展訊、聯(lián)芯、全志、瑞芯微、新岸線等ARM陣營IC設(shè)計公司為例，這些公司無一例外依賴于ARM的IP授權(quán)——海思的麒麟950就購買了ARM Cortex A53和A72，不僅要一次性支付一筆不菲的授權(quán)費，而且每生產(chǎn)一片芯片，還要支付一定的專利費……

這種購買IP授權(quán)的商業(yè)模式，實際效果是ARM猶如開啟了印鈔機，而國內(nèi)IC設(shè)計公司只能賺一點辛苦錢，直接導(dǎo)致國內(nèi)ARM陣營IC設(shè)計公司“操的是賣白粉的心，賺的是賣白菜的錢”。

二是開發(fā)工具成本。要設(shè)計CPU就離不開EDA(電子設(shè)計自動化)工具的輔助，比如前端設(shè)計的仿真環(huán)境，低功耗流程設(shè)計工具，時序仿真工具，芯片后端設(shè)計的工具等等。

要購買這些EDA工具，同樣耗費頗為不菲，特別是國內(nèi)IC設(shè)計公司的EDA工具大多數(shù)都依賴于國外公司的情況下(國內(nèi)研發(fā)EDA工具做的最好的是華大九天，但市場份額比較小)。

三是工程師的工資等成本。像IBM、AMD、Marvell等IC設(shè)計公司中，有5年以上經(jīng)驗的工程師的月薪在25K-50K之間，國內(nèi)海思、展訊、聯(lián)芯有5年以上經(jīng)驗的工程師的月薪也在15K-30K之間。

假設(shè)一個IC設(shè)計公司有500人(英特爾公司有約10萬員工)，每個員工以月薪20K計算，光工資成本一年就需要1.2億元……

四是其他成本。比如公司場地租用、宣傳營銷、行政開銷等零零碎碎的成本開銷，這些開銷因各個公司的情況有所不同，而且有的差距會非常大。

國產(chǎn)CPU售價為何居高不下

為了形象地解釋這個問題，我們假設(shè)兩款國產(chǎn)CPU：CPU-X和CPU-Y。

首先看晶片成本。

假設(shè)CPU-X采用40nm制程，芯片面積200平方毫米;CPU-Y采用28nm制程，芯片面積140平方毫米(制程越小，晶片面積越小)。

一片12寸晶圓價格為4000美元，面積約為7萬平方毫米。經(jīng)計算可以得出，一片12寸晶圓可以切割出299個CPU-X或495個CPU-Y(40/28nm技術(shù)已經(jīng)非常成熟，切割成本差異非常小，就忽略不計了)。

由于在將晶圓加工、切割成晶片的時候，并不能保證100%成果，因而存在一個成品率的問題，以49%的成品率計算，一片12寸晶圓可以切出146個符合良品標準CPU-X或242個CPU-Y，最后12寸晶圓的價格/切割出的成品晶片，可以得出結(jié)論：

采用40nm制程的CPU-X的晶片成本為27.3美元;

采用28nm制程的CPU-Y的晶片成本為16.5美元。

可以看出，采用更先進的制程，能夠有效降低晶片成本。

其次看掩膜成本。

上文已經(jīng)提到過40/28nm的工藝已經(jīng)非常成熟，40nm低功耗工藝的掩膜成本約為200萬多美元。

如果CPU-X的產(chǎn)量為10萬片，則分攤到每一片CPU上的成本為20美元;

如果CPU-X的產(chǎn)量為100萬片，則分攤到每一片CPU上的成本為2美元;

如果CPU-X的產(chǎn)量為1000萬片，則分攤到每一片CPU上的成本為0.2美元;

28nm HKMG掩膜成本為600多萬美元，

如果CPU-Y的產(chǎn)量為10萬片，則分攤到每一片CPU上的成本為60美元;

如果CPU-Y的產(chǎn)量為100萬片，則分攤到每一片CPU上的成本為6美元;

如果CPU-Y的產(chǎn)量為1000萬片，則分攤到每一片CPU上的成本為0.6美元。

由此可見，在使用相同工藝的情況下，隨著CPU的產(chǎn)量增加，CPU的掩膜成本會逐步降低，如果產(chǎn)量以億為單位，即便使用最昂貴的14/16nm制程工藝，其掩膜成本也可以被壓縮到3美元以內(nèi)。

再次看封測成本。

封裝成本一般占硬件成本的5%-25%左右，之前講過，比如CPU-X采用非常成熟的40nm制程，其測試成本約為2美元，封裝成本約為6美元。

最后看設(shè)計成本和其他成本。

設(shè)計成本非常不好量化，因為各家IC設(shè)計公司員工數(shù)量不同，購買IP的耗費、購買EDA工具的成本各異。其他成本同樣不好量化，各家公司場地租用、宣傳營銷、行政開銷等所耗費的資金差距非常大。

由于設(shè)計成本和其他成本非常不好量化，筆者按國際通用的低盈利芯片設(shè)計公司的定價策略8：20定價法來計算最后的售價，也就是硬件成本為8的情況下，定價為20(在不購買國外IP的情況下，一般能做到這個定價)。

別覺得這個定價高，其實已經(jīng)比較低了，英特爾一般定價策略為8：35，AMD歷史上曾達到過8：50……

CPU硬件成本包括晶片成本+掩膜成本+測試成本+封裝成本四部分。

如果CPU-X的產(chǎn)量達到10萬片，則掩膜成本為20美元，加上27.3美元的晶片成本和8美元的封測成本，其硬件成本為55.3美元，采用8：20定價法，其售價為138.25美元。

如果將CPU-X的產(chǎn)量達到100萬片，其硬件成本為37.3美元，采用8：20定價法，其售價為93.25。

如果CPU-Y的產(chǎn)量為10萬片，則掩膜成本為60美元，之前計算過晶片成本為16.5美元，加上封測成本，那么硬件成本為85美元左右，采用8：20定價法，其售價為212.5美元。

如果CPU-Y的產(chǎn)量為100萬片，則掩膜成本為6美元，硬件成本約為30美元，其售價約為75美元。

顯而易見，雖然使用更先進的制程會導(dǎo)致掩膜總成本提升，但卻可以降低晶片成本。

而只要產(chǎn)量足夠大，就可以使每片CPU的掩膜成本大幅降低，使擁有“更貴的制程工藝+更大的產(chǎn)量”屬性的CPU，會比擁有“便宜的制程工藝+較小的產(chǎn)量”屬性的CPU的成本更低，特別是在產(chǎn)量相差100倍的情況下，成本上的差距會猶如鴻溝。

那國產(chǎn)CPU的產(chǎn)量為何上不去呢?

像龍芯、申威等自主CPU，由于另起爐灶，自建技術(shù)體系，必然和現(xiàn)有的Wintel(微軟+英特爾)體系不兼容，在PC市場被Wintel壟斷的情況下，自然導(dǎo)致市場化進程步履維艱。

而兆芯雖然同樣采用X86指令集，可以跑Windows，不存在軟件生態(tài)問題，但在技術(shù)上完全依賴于威盛公司，自然提高了成本，加上性能孱弱，不具備市場競爭力——即便一味擴大產(chǎn)能，也只能是產(chǎn)量越大，虧得越多，所以只能在黨政軍市場尋求機會，產(chǎn)量自然非常有限。

總之，拋開國內(nèi)IC設(shè)計公司和英特爾在設(shè)計能力的差距不談，單純講制程工藝和產(chǎn)量對性能和成本的影響，在國產(chǎn)CPU產(chǎn)量非常小的情況下，即便使用非常便宜的制程工藝流片，依舊導(dǎo)致其成本比英特爾的CPU要高，價格也更貴。

而英特爾則可以依靠市場的壟斷地位，即便使用了最貴的制程工藝，以龐大的產(chǎn)量壓低成本，攫取超額利潤，使自己的利潤率高達60%。