解讀芯片硬件成本之外的軟性成本

　　我們在之前的專欄文章《一枚芯片的實際成本是多少？》中著重探討了芯片制造的硬件相關(guān)成本。今天我們將針對芯片硬件成本之外的軟性成本進(jìn)行解讀。

　　芯片設(shè)計的軟成本構(gòu)成

　　一家芯片設(shè)計企業(yè)的軟成本主要包括專利授權(quán)費用、開發(fā)工具費用和人力成本。購買硬核IP授權(quán)生產(chǎn)芯片的廠商基本只支出授權(quán)費用，自主開發(fā)的部分極少，所以這里主要討論購買軟核IP授權(quán)和指令集授權(quán)的芯片研發(fā)企業(yè)的情況。

　　授權(quán)費用

　　大部分芯片企業(yè)在研發(fā)產(chǎn)品時首先要考慮的就是各種形式的專利授權(quán)。以蘋果公司的A9芯片為例，這款芯片采用了蘋果自主研發(fā)，兼容ARMv8指令集的CPU核心；GPU部分則是從Imagination購買的Power VR 7系列核心。那么蘋果公司就要向ARM公司購買ARMv8的指令集兼容授權(quán)，并向Imagination購買GPU核心的代碼授權(quán)。

　　專利授權(quán)的費用并不是“明碼標(biāo)價、童叟無欺”的。不同的企業(yè)在購買授權(quán)時，最終支出的費用可能有很大差異。一種情況是合作雙方通過專利互換來實現(xiàn)授權(quán)，例如Intel和AMD就有長期的擴展指令集互相授權(quán)協(xié)議（Intel向AMD授權(quán)SSE、AVX等指令集，AMD則提供x86-64指令集的使用許可），這種協(xié)議通常不涉及資金支出。也就是說，如果自己有對方看重的專利技術(shù)，那么就可以一分錢不花用自己的技術(shù)去換回對方的專利授權(quán)。

　　如果企業(yè)沒有條件進(jìn)行專利互換，那么自然需要支付費用來獲得想要的專利授權(quán)了。不同的IP核心代碼授權(quán)、指令集授權(quán)的報價在數(shù)十萬至上千萬美元之間，有些情況下會更高，但具體的成交價格也有相當(dāng)?shù)母涌臻g。比如ARM在推廣ARMv8指令集授權(quán)的過程中，就以很低的價格向一些小企業(yè)、科研機構(gòu)“優(yōu)惠”出售了一些授權(quán)包。一般來說，指令集和核心代碼授權(quán)的費用是與芯片的最終產(chǎn)量無關(guān)的，所以對于芯片廠商來說這是一項固定的成本。

　　一枚芯片，尤其是集成諸多功能的SoC（片上集成系統(tǒng)），其包含的IP核心種類是會有很多的。除了人們熟知的CPU、GPU外，內(nèi)存控制器、協(xié)處理器、視頻編碼解碼單元、PCIe控制器、閃存控制器、基帶模塊等部分都可以是獨立的IP。幾乎沒有什么芯片廠商能夠獨自研發(fā)所有這些模塊，所以一顆芯片上存在向其他企業(yè)購買的IP核心是司空見慣的事情。當(dāng)然，自主研發(fā)的部分越少，需要向第三方支付的授權(quán)成本也就越高。

　　有時企業(yè)在研發(fā)芯片過程中還會無意中用到其他公司、科研機構(gòu)的技術(shù)實現(xiàn)方法，這時免不了要被索取專利授權(quán)費用。Intel、AMD、Nvidia等巨頭的產(chǎn)品都曾被小公司、學(xué)校起訴侵權(quán)，而這樣的官司最終和解費用一般是和侵權(quán)產(chǎn)品的實際產(chǎn)量掛鉤的，因此動輒數(shù)千萬美元之多。芯片做的越復(fù)雜，類似的情況越容易發(fā)生，因此對于大企業(yè)而言這塊費用也是必須要考慮的。

　　開發(fā)工具費用

　　設(shè)計一款芯片，本質(zhì)上就是編寫出芯片的邏輯代碼并將代碼轉(zhuǎn)化為硅片上的電路圖的過程。做這些工作自然也需要相應(yīng)的軟件工具來提高效率。芯片的開發(fā)工具統(tǒng)稱EDA（電子設(shè)計自動化）工具，是輔助工程師進(jìn)行代碼編寫、電路設(shè)計、仿真測試等一系列工作的軟件平臺。

　　就像圖有Adobe的Photoshop、辦公有微軟的Office，業(yè)內(nèi)也有很多企業(yè)專門開發(fā)EDA工具包。絕大部分芯片公司都需要購買EDA，這一部分的支出也是芯片軟成本的大頭。

　　以EDA工具的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)品牌Synopsys為例，其銷售的EDA工具軟件一般是按照功能的多少來定價的。每個功能模塊的報價都在數(shù)萬至十幾萬美元／年。一款復(fù)雜芯片的設(shè)計過程中需要的EDA功能模塊動輒幾十上百項，因此僅僅是購買這套工具每年的花費就會有幾百萬乃至千萬美元以上。

　　除了購買功能模塊，芯片企業(yè)有時還需要EDA工具提供商的技術(shù)支援來幫助自己快速了解工具的功能、用法，并排除bug。當(dāng)然，技術(shù)支援也是需要另外掏錢的，視復(fù)雜度不同，每年的費用也可以達(dá)到幾十萬美元。

　　還有些EDA工具或支持服務(wù)是按部署工具的計算機數(shù)量，甚至按照計算機的CPU核心數(shù)量收費——于是使用工具的電腦越多，機器里面的CPU核心越多，成本也就越高。芯片企業(yè)對這樣的價格策略自然是很不滿意，不過通常情況下也只能默默接受。畢竟優(yōu)秀的EDA工具選擇稀少，而這種工具對芯片設(shè)計來說幾乎是不可或缺的。

　　但并非所有的開發(fā)者購買EDA工具的成本都是一致的。除了功能模塊數(shù)量、部署計算機數(shù)量等因素的影響外，EDA工具的銷售方是有著非常靈活的價格策略的。典型的，教育機構(gòu)、科研機構(gòu)購買EDA時往往會有驚人的折扣，實際成交價可以低至報價的十分之一；大企業(yè)大批量購買工具也容易得到較好的優(yōu)惠政策。即使是一般的訂單，最終成交價做到報價的五折或更低也幾乎是行業(yè)慣例。不過由于原始報價本身就居高不下，即使算上折扣，EDA工具的購買維護(hù)費用對于芯片設(shè)計者依舊是龐大的支出。

　　除軟件系統(tǒng)外，設(shè)計芯片自然也需要購買大量的硬件設(shè)施。開發(fā)過程中的有些步驟（例如仿真測試）需要很大的計算資源支持，這些任務(wù)通常會跑在高性能服務(wù)器集群上。高可靠性的存儲系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺也是必要的硬件投入。為了節(jié)省成本，企業(yè)可以將部分功能轉(zhuǎn)至第三方云平臺，即便如此每年百萬美元的成本也是稀松平常。