台积电先进工艺太贵，苹果A16成本翻倍，iPhone快用不起

　　当前的高端芯片，已经和性价比绝缘了。这不，台积电先进工艺制程太贵，贵到连苹果都快用不起了。
　　预测苹果一向比较靠谱的天风国际分析师郭明錤近日爆料，今年只有两款Pro型号的iPhone会升级到最新的A16芯片，更低端的iPhone14继续采用去年的A15芯片。
　　也就是说，iPhone14和iPhone13芯片完全一样，这给厨子出了个难题，iPhone14要是和上一代完全一样，数字加一有啥意义，怎么劝果粉掏腰包？据说，iPhone14和iPhone13的区别是，前者的A15是满血版，后者则是阉割版。
　　估计大家对此的反应是，还有这种操作？
　　不过，A16仅是旗舰iPhone标配并非空穴来风。这两年，苹果通过在芯片上动刀来拉开产品档次，是有前科的：在M1芯片的基础上，增加不同的CPU、GPU和NPU数量，搞出了小杯（M1阉割版）、中杯（M1满血版）、大杯（M1Pro）、超大杯（M1MAX）和超超大杯（M1Ultra）五个版本，而且价格差距之大，让人乍舌。所以，在iPhone14和Pro系列中采用不同A系列芯片，也算是常规操作。
　　问题的重点是，苹果为何不愿意在iPhone全系上采用最新芯片，要知道，iPhone在安卓系手机面前，最引以为傲的就是强大的芯片性能，采用旧芯片，想要维持iPhone的高品牌溢价是有难度系数的。
　　答案就是，台积电的先进工艺制程太贵，贵到全系iPhone14很难采用A16芯片。台积电的先进工艺制程有多贵？苹果和台积电都没说（说了才怪），但后者的大客户之一的AMD有话说，2022年AMD的Zen4处理器将要涨价，因为制造工艺从7nm升级到5nm后，生产成本增加了近一倍。
　　具体到苹果，A16芯片的成本只会比AMDZen4的更高。我们可以计算出一个近似值。
　　A15的裸片（die）尺寸从A14的87。76平方毫米增加到107。7平方毫米，晶体管从118亿增加到150亿，按这个增加比例，A16的die面积大约在132平方毫米，对手机芯片来说，这是一个相当大的尺寸了。
　　台积电4nm工艺制程（实际是5nm的第4代改良版），良率大概在75，由于A16的die面积大于A15，所以良率会低于A15，按70估算，一片12英寸的晶圆可以切割出335片左右的可用die，A15则可以切割478片可用的die。
　　按乔治敦大学沃尔什外交学院安全与新兴技术中心（CSET）发布的信息，台积电制造一片5nm工艺12英寸晶圆收取的加工费用，为17000美元。上面提到，台积电有四个改良版本的5nm，价格肯定是一代比一代贵。最新的消息是，台积电对苹果提价810，相对于其他客户，这个提价幅度较小，算是给了个友情折扣价，由此估算，苹果一片采用第4代改良5nm的12英寸晶圆，台积电要收取加工费用18530美元左右，摊到每片A16芯片die上的费用为55。31美元左右。
　　但这只是硬件费用，芯片设计不花钱吗？5nm芯片的设计费用为5。422亿美元，按媒体报道苹果备货5千万颗A16芯片的信息测算，平均每颗A16的设计成本为10。844美元。
　　制造出die还不能马上使用，因为它非常脆弱，几粒灰尘就会罢工，也不能和其它设备连通，需要加上保护盖和引线，这个工序由芯片封装厂完成。
　　芯片封装也是有成本的。在芯片产业价值链上，封装处于微笑曲线的底部，在整个芯片成本中占比为525，考虑到A16芯片是高端货，采用业界最先进的制造工艺，封装工艺也不会低端，封装成本只能往最高估算：25，即每颗A16封装费用大约为22美元。
　　综合估算下来，一颗A16芯片的总成本在88美元左右。这个数据在iPhone的物料成本里份量如何呢？
　　iPhone13上市后，日本媒体联手拆解专家FomalhautTechnoSolutions，拆了一部iPhone13ProMax。拆解显示，显示屏是这部手机最昂贵的组件，成本为105美元，其次是摄像头模块，成本为77美元，大名鼎鼎的A15芯片排第三，成本为45美元。加上组件成本，ProMax的物料成本为438美元，占手机零售价的36。5。
　　也就是说，采用台积电第四代改良版5nm制程工艺的A16芯片，成本是A15的1。96倍，接近翻倍，排名直接从第三排到第二。由于iPhone的物料成本是硬性成本，多年来一直稳中有升，苹果基本不会干在物料上做减法的傻事，因此A16芯片增加的成本只能由iPhone自己消化。在iPhone产品线上，Pro和非Pro市售价差2000元（起售价）人民币，显然Pro系列可以消化A16芯片飙涨的成本，非Pro系列则难以承担。
　　因此，对厨子来说，要维持iPhone目前的毛利率，最优选择是旗舰iPhone14Pro系列采用最贵的A16芯片，继续打高端高性能的牌，iPhone14则采用便宜的A15芯片，维持性价比，和国产安卓旗舰正面刚。
　　换句话说，苹果不是不愿意在iPhone14全系列采用A16芯片，实在是台积电先进工艺制程一点不便宜，贵到iPhone只能在旗舰系列使用。
　　说到这里，芯片先进工艺制程昂贵的故事并没有结束，后续的剧情发展是：还会更贵！
　　还是根据乔治敦大学沃尔什外交学院安全与新兴技术中心（CSET）发布的信息，台积电一片采用3nm工艺制程的12英寸晶圆，代工制造费用为30000美元，大约是5nm的1。75倍，在die面积不变（即升级架构，不增加晶体管数量）、良率不变的情况下，A17如果采用3nm工艺制程，成本将上涨到154美元颗，成为iPhone第一成本大户，到时，苹果真的可能用不起了。
　　正是由于芯片先进工艺制程太过昂贵，再在这上面努力，反而有点得不偿失，需要另外开辟道路。
　　3月2日，英特尔、AMD、Arm、台积电、三星、日月光、高通、微软、谷歌云和Meta等10家巨头，联合发起新互连标准UCIe，这项标准说白了就是，先进制程越来越贵的当下，从工艺制程改道芯片封装，通过类似搭积木的方式，把多块小芯片封装到一起，实现一整片先进工艺制程芯片的性能，从而降低成本。
　　苹果的M1Ultra就是采用两块M1MAX芯片封装，而M1MAX则由多片M1Pro封装，M1Pro则由多片M1封装，换句话说，尽管M1系列芯片名目繁多，其实就是不同数量M1封装而成。
　　总之，大家是在换着法子给摩尔定律续命。可以预见的是，3nm之后，在现有材料和技术框架下，芯片先进工艺制程再难有实质性进步，技术基本到头了，这也是台积电加入UCIe的原因，这个动作确实值得深思。
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　　参考资料：
　　《2倍于7nm芯片台积电5nm工艺超级贵：锐龙7000价格要涨？》快科技2018
　　《包下台积电4nm产能，苹果A16芯片要来了？》智东西
　　《绕开先进制程封锁！中国小芯片标准草案即将公示》芯东西
　　《iPhone13详细拆解，部件成本曝光》半导体行业观察