品玩知科技丨为什么 CPU 这么贵？

那么小的一个东西，价格却那么贵？ 在网上看到那么多酷炫的电脑组装视频，动手能力超强的你，也开始雄心勃勃购买组件准备自己动手组装电脑。这时一个问题拦住了你： 要选择什么牌子的CPU？有没有山寨的便宜点的可以选择？能不能从沙子中自制一个CPU出来？ 最后，所有的疑问都集中到了一个问题上面：为什么CPU这么贵！ 本期品玩知科技，讲一讲CPU背后的故事。 平时，我们在市场上看到的CPU都是已经封装好的形态。它的外壳和硅板电路成本很低，最值钱的东西是里面芯片。 在没有切割前，芯片是这样的晶圆形态： ▲晶圆示意图，主流尺寸为12寸与8寸 在这个行业呆的越久，越会有一种“芯片生意真的是超级难做”的想法。而半导体/芯片行业都是每个国家在大力支持发展，很少有依靠市场的自发行为。 其中一个最重要的原因是成本太高。若没有国家层面在政策与资金上的支持，几乎没有企业能挺过研发与startup阶段的巨额烧钱式投资。 成本高在哪些方面？ 一、流片成本高。 在大批量生产前要进行数量较少的流片验证。虽然晶圆片数较少，但是光罩的数目（photomask）一个都不会少。CPU的光刻步骤大约在一两百步以内，每一步光刻都需要一块光罩，光罩的费用占据了流片阶段成本的很大一部分。 ▲光罩里的图案极其精细，制造难度大，因而售价不菲 而流片后，往往就会发现光罩里的图案设计是需要优化的，并且这种优化并不只针对一层光罩，很多时候需要多层光罩同时修改，成本又进一步增加。 二、工艺成本高。 先进的CPU芯片工艺步骤大约处于1000-3000步的范畴。每一步都有物料成本，便宜的如scrub（冲洗）级别的工艺，每片加工成本大概处于分、毛的量级。但如果使用了昂贵的材料，个别步骤的成本会达到百元级别。把所有的步骤累加起来就是一个庞大的数字。 而芯片越先进，结构就越复杂，工艺步骤也会越多，折算到每片晶圆上的成本就会越高。 拿最简单的MOSFET（金氧半场效晶体管）结构来讲，早期的MOSFET是这样的物理结构：

而现在，MOSFET发展成了FinFET（鳍式场效应晶体管），工艺步骤明显变多了，它长这样： 除了物料成本，生产超净间要365天*24小时保持电力运转。这么大的空间，空气净化、湿度保持、恒温保持、污染颗粒去除，都需要电力成本。有媒体甚至爆出，全台湾用电的增加量，约三分之一由台积电贡献。足见半导体生产线的用电量之大。 三、设备成本高。 半导体厂的生产设备都是极其昂贵的，很多设备的消耗性零件售价甚至可以轻松买一辆路虎。设备的折旧费用自然也会折算到芯片的成本之中。 其中最昂贵的就是光刻机，因为光刻机要实现的工艺太过精密。 ▲光刻机的内部构造 光刻工艺简单概括主要做两个事情： 1. track组件负责铺胶与显影。 2. scanner组件负责曝光。 只是这两件事情，就结合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别等多个学科的智慧。需要集成的学科种类门数之多，在整个人类科学发展进程上，都是数一数二的存在。 四、风险成本高。 越是先进的制程与产品，对产品工艺的要求就越高。晶圆从第一步开始，到最后完成加工，先进芯片往往要历时几个月才能完成这一过程，它们随时都会“死”在半路，包括但不局限于以下死法： 1）技术工人走神装错了设备零件。 2）设备发生异常而没有警报，从而发生工艺偏离。 3）自动化系统自己死机了...... 4）晶圆水土不服，不知道什么原因自己碎在了FOUP（装晶圆的容器）里。 5）旋转过程中被甩飞，撞的粉身碎骨...... 原因五花八门，且不说工艺本身的失效，单是可以避开各种事故而冲到最后一步就已经很幸运了。而“死掉”的那些晶圆不能白死，都会反映到芯片的售价中来。 再先进的厂子也无法避免这些风险事件的发生。台积电就也曾因为风险工艺报废了十万片晶圆。 除了这些，还有芯片设计成本、人力成本、封装成本、运输成本、销售宣传成本...... 一个经历了几千步的加工步骤，集合了差不多全人类所有智慧的结晶，叠加了林林总总的成本后居然只卖几千元，是不是突然感觉还挺便宜的？ 本文内容来源于知乎答主@winningman “品玩知科技”系知乎和 PingWest品玩 联合出品的精品栏目，知科技是知乎科技数码领域的官方机构号。针对科技热点新闻和好玩儿的数码体验，第一时间为用户带来可信赖的解读。

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