掩膜組、芯片驗證（Verification）與驗實（Validation）讓半導體設計公司的固定成本飆升。

我們正處于半導體設計的復興之中。世界上幾乎每家大公司都有自己的芯片戰略，因為它們都試圖實現垂直整合。半導體行業有比以往更多的芯片初創公司，該行業已經不再是把英特爾 CPU 應用在一切場景的時代了。隨著摩爾定律的放緩，設計正涌向異構架構，這些架構更適合其特定任務。如果解決了軟件挑戰，專業化芯片的性能將大大優于 CPU，但這種專業化策略也有不利的一面。固定成本正在爆炸式增長，導致設計公司的數量大幅下降。半導體是一個規模經濟的行業，隨著每一代新技術的發展，這一特點變得越來越明顯。

晶圓制造是一個用光刻定義特征隨后通過沉積、蝕刻和其他工藝步驟構建特征的過程。前沿的半導體制造涉及使用 60 多個獨特的光刻層和伴隨的步驟。這些光刻層中的每一層都需要一個獨特的光掩模。所有掩模的集合稱為掩模組。這些光掩模組將設計從芯片架構師轉變為物理特征。用大多數外行的話來說，掩模組可以被認為是一組包含芯片設計的模板。每個獨特的芯片設計都需要自己的掩模組。

有許多技術手段被用來降低設計該芯片的成本，但將一個設計推向市場的最大成本來自于掩模組的成本。在 90nm 到 45nm 的代工工藝節點上，掩模組的成本約為數十萬美元。在 28nm 時，它超過了 100 萬美元。對于 7nm，成本增加超過 1000 萬美元，而現在，隨著代工廠跨越 3nm 的障礙，掩模組成本將開始推向 5000 萬美元。

晶圓價格正在上漲，但掩模組的成本增長得更快。來自 IC Knowledge 的上圖說明了這個難題。跨工藝技術時代的芯片的產量必須顯著提高，才能利用晶體管縮小帶來的經濟效益。

一些人認為晶體管成本在 28nm、7nm、5nm 等各種工藝節點停止下降。聲稱晶體管成本已經停止下降并開始增加的人數似乎以比摩爾定律速度快一倍。需要明確的是，即使在 5nm 甚至 3nm ，每個晶體管的成本也會繼續下降，但這僅是對于擁有大量芯片出貨的企業來說的。芯片設計很昂貴但也沒有IDC和麥肯錫所說的那么貴，下面是他們的總結的表格。

多家芯片在臺積電 7nm 節點流片了 5000 萬至 7500 萬美元的芯片的初創公司表示，他們的成本包括他們的整個軟件、設計和流片成本，這些成本將根據制造的芯片類型而有很大差異。

隨著行業在工藝技術方面的進步，成本不斷增加。更多的公司將沒有足夠高的產量來攤銷與掩模組相關的固定成本，以利用每晶體管成本的提高。

剛剛開始設計芯片業務的初創公司和非半導體公司不僅要應對達到更高水平的收支平衡，還必須應對巨大的風險。最大的單項成本是設計驗證和驗實。如果驗證和驗實流程達不到要求，公司將面臨大量產品延遲的風險。這些問題也會發生在業內最領先的企業身上。

英特爾在制程技術方面落后，如果英特爾能夠快速提升節點，intel 4 和 3 制程節點可能會與臺積電的最佳節點競爭。即使英特爾在制程技術上與臺積電相提并論，他們還有其他可能被證明無法克服的障礙。目前來看英特爾面臨的最大問題是他們的設計驗證和驗實流程。為了說明，讓我們看一下英特爾的數據中心芯片。

英特爾目前的服務器芯片 Ice Lake 于 2018 年 12 月首次披露。產品發布時間為 2021 年 4 月，直到 2021 年第三季度/第四季度才開始量產。英特爾可能在 2018 年初首次將Ice Lake的數據寫入（聚合 IP 以開始制作掩模組）。在tape-in之后，英特爾完成了這些晶圓并封裝了芯片，并于 2018 年底開始測試。這是該芯片的第一次運行，但 Ice Lake 需要許多新的試用才能完全發揮作用。每次新的測試都需要至少一些新的掩模，這進一步增加了開發成本。

英特爾的下一代服務器芯片 Sapphire Rapids 在驗證和驗證方面也面臨著類似的問題。Sapphire Rapids 設計的第一個版本于 2020 年 6 月啟動。現在，在 2022 年年中，英特爾仍在修改設計和掩模組，因為他們在設計早期沒有發現問題。這主要是由于驗證和驗實問題。Sapphire Rapids 似乎將在 2022 年晚些時候推出，但現在預計將在 2023 年初實現銷量增長。

英特爾的驗證和驗實問題大大增加了成本并延長了時間。對英特爾來說，不得不修改掩膜對成本來說并不是一個大問題，因為它們出貨的數量很大，但延遲對其競爭力非常有影響。每個新版本都需要至少一些新的掩模，通過晶圓廠運行晶圓并封裝芯片。這個過程需要幾個月的時間。根據Angstronomics的說法，對于 IceLake，英特爾需要六個版本才能發布，而 Sapphire Rapids 看起來需要七個版本。

相比之下，在 AMD 和英偉達等行業中被認為是最好的領先設計公司只需要一小部分時間。眾所周知，英偉達擁有非常廣泛的自定義模擬、驗證和驗實流程，在許多情況下甚至需要不到一年的時間。英特爾可以承受這些問題，因為它們是如此強大，即使這是導致它們業務下滑的原因。不過，英特爾也已經在努力檢修和解決這個問題。現在想象一下，如果一家非半導體公司或全新的芯片設計團隊失敗了，什么會發生在他們身上。這些延遲可能會扼殺一個特定的芯片項目，比如 Meta 和微軟曾遭遇的。這些延遲甚至可能扼殺整個公司或戰略。盡管半導體設計復興的蓬勃發展，但這個過程不會一帆風順。

更多成熟的公司可能會有一些完全垂直的設計，但他們也會轉向與博通、Marvell、英特爾、AMD 等公司的半定制交易。由于預算更加有限，初創企業的情況要艱難得多。AI芯片初創公司可能是成本問題首先造成影響的地方。多家知名人工智能初創公司已經裁員，而這僅僅是個開始。

盡管如此，仍有許多初創公司會蓬勃發展。但需要知道的事，芯片設計是一個非常高風險的游戲。

審核編輯 ：李倩