芯片制造成本瓶颈浮现,十年前价格就已停止下降

IT之家 2 月 4 日消息,芯片行业一直遵循着摩尔定律,即每两年集成电路上的晶体管数量翻一番,成本减半。然而,这一定律似乎正在失去效力。MonolithIC 3D 公司首席执行官 Zvi Or-Bach 在 2014 年就提出,28 纳米制程以后,晶体管的单位成本已经停止下降。近日,谷歌的 Milind Shah 也证实了这一观点,他的研究表明,自 2012 年台积电量产 28 纳米平面工艺以来,1 亿门晶体管的单位成本实际上有所上升。

谷歌的研究结果显示,“晶体管成本下降在 28 纳米时停滞,并且代际变化持平。”

多年来,业界对于新制程节点晶体管单位成本的递减收益一直持担忧态度。最新的芯片制造工艺,例如 7nm、5nm 和 3nm,需要更复杂昂贵的制造设备,成本动辄数亿美元。例如,一台 ASML Twinscan NXE 光刻机就需要 2 亿美元。这将尖端晶圆厂的建设成本推高至 200 亿至 300 亿美元,导致芯片生产成本居高不下。

IT之家注意到,Milind Shah 在 IEDM 行业展会上展示的图表显示,以 28 纳米为基准的 1 亿门晶体管成本实际上持平甚至有所上升,这种成本停滞使得部分芯片设计不愿采用最新制程。相反,将芯片分解成多个小芯片(chiplet)并进行集成变得更具吸引力。例如,AMD 的 Ryzen 桌面 CPU 和英特尔的 Meteor Lake 笔记本 CPU 都采用了这种方式,由 3 到 4 个采用不同制程的芯片组成。

然而,多芯片设计也存在一些挑战。首先,它们通常比单芯片设计更耗电,不适合移动设备。其次,多芯片集成是一项复杂的工程任务,虽然像 MonolithIC 3D 这样的公司提供集成服务,但其成本不菲。最后,先进封装技术本身也昂贵,而且获得封装产能的难度与先进制程不相上下。

虽然新制程不再能降低晶体管成本,但对于无法有效分解或分解难度较大的芯片设计来说,它们仍然具有重要意义。

(来源:Techweb)

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