封装:卡住AI的脖子

人工智能(AI)服务器需求爆发带动AI通用、客制化芯片、先进封装出货,法人分析,晶圆代工大厂台积电在CoWoS先进封装产能具有优势,联电和矽品逐步切入,中国大陆厂商未缺席。

本文来自微信公众号“芯科技风向标”。

人工智能(AI)服务器需求爆发带动AI通用、客制化芯片、先进封装出货,法人分析,晶圆代工大厂台积电在CoWoS先进封装产能具有优势,联电和矽品逐步切入,中国大陆厂商未缺席。

先进封装需求成长可期,研调机构Yole Group指出,去年全球先进封装市场规模443亿美元,预估到2028年规模到780亿美元,年复合成长率约10%。英伟达(Nvidia)绘图芯片是AI服务器搭载

主流研调机构集邦科技(TrendForce)评估,AI及高效能运算(HPC)芯片带动先进封装需求,英伟达(Nvidia)绘图芯片是AI服务器搭载主流,市占率约60%至70%。

超微(AMD)M1300系列也积极切入AI服务器,外资法人分析,除了英伟达与超微外,客制化AI芯片包括谷歌(Google)TPU、特斯拉(Tesla)的Dojo超级电脑和全自动辅助驾驶FSD、亚马逊(Amazon)的Gravition、微软(Microsoft)的Athena、Meta的MTIA架构等,也带动AI特殊应用芯片(ASIC)设计、芯片制造和先进封装需求。

台厂领先布局CoWoS产能是AI芯片主力采用者,观察AI芯片先进封装,台厂领先布局CoWoS产能,集邦指出,台积电的2.5D先进封装CoWoS技术,是目前AI芯片主力采用者。鸿海半导体策略长蒋尚义指出,台积电CoWoS封装突破半导体先进制程技术的瓶颈,先进封装技术能让各种小芯片(chiplet)密集联系,强化系统效能和降低功耗。

从产能来看,美系外资法人分析,去年台积电CoWoS先进封装月产能约1万片,独占CoWoS市场,今年包括联电和日月光投控旗下矽品精密,逐步扩充CoWoS产能。

外资和本土投顾法人预估,台积电今年底CoWoS封装月产能可提升至1.1万片至1.2万片,台积电以外供应商CoWoS月产能可到3000片,预估明年底台积电CoWoS封装月产能可提升至2.5万片,台积电以外供应商月产能提升至5000片。

台积电的2.5D封装CoWoS技术,是将绘图芯片和高频宽存储器(HBM)放在2.5D封装关键材料中介层(interposer)之上、中介层之下再放置ABF载板的封装方式。

台积电CoWoS封装最大客户是英伟达

观察客户端,外资法人分析,台积电CoWoS封装最大客户是英伟达,此外主要客户包括博通(Broadcom)、超微和旗下赛灵思(Xilinx)、亚马逊(Amazon)和世芯-KY、迈威尔(Marvell)、创意电子等。亚系外资法人评估,谷歌(Google)、NEC、思科(Cisco)、壁仞科技等,也采用CoWoS封装。

除了台积电,亚系外资指出,美国英特尔(Intel)、韩国三星(Samsung)等整合元件制造厂(IDM),以及半导体后段专业封测委外代工(OSAT)如日月光投控、安靠(Amkor)、长电等,也已布局2.5D先进封装,这6家厂商在全球先进封装晶圆产能合计比重超过80%。

此外,日本索尼(Sony)、力成、美国德州仪器(TI)、韩国SK海力士(SK Hynix)等,也布局先进封装产能。

陆厂商情况为何?中国大陆厂商也没有缺席先进封装,长电科技旗下星科金朋、长电先进、长电韩国厂布局先进封装产线,长电XDFOI小芯片多层封装平台,今年1月已开始量产,因应国际客户4纳米多芯片整合封装需求。

此外,通富微电先进封装产能以先前收购超微旗下苏州厂和马来西亚槟城厂为主,通富微电与超微合作密切;天水华天南京厂布局AI芯片封装、昆山厂布局矽穿孔(TSV)和晶圆级封装等,在小芯片技术也已量产。中央社

AI芯片CoWoS封装产能受限中介层不足成关键;人工智能(AI)芯片缺货,英伟达H100和A100芯片均采用台积电CoWoS先进封装,但CoWoS产能受限待爬坡。法人分析,CoWoS封装所需中介层因关键制程复杂、高精度设备交期拉长而供不应求,牵动CoWoS封装排程及AI芯片出货。

大语言模型训练和推理生成式AI(Generative AI)应用,带动高阶AI伺服器和高效能运算(HPC)数据中心市场,内建整合高频宽记忆体(HBM)的通用绘图处理器(GPGPU)供不应求,主要大厂英伟达(Nvidia)A100和H100绘图芯片更是严重缺货。

研调机构集邦科技(TrendForce)指出,AI及HPC芯片对先进封装技术需求大,其中以台积电的2.5D先进封装CoWoS技术,是目前AI芯片主力采用者。

美系外资法人分析,英伟达是采用台积电CoWoS封装的最大客户,例如英伟达H100绘图芯片采用台积电4纳米先进制程,A100绘图芯片采用台积电7纳米制程,均采用CoWoS技术,英伟达占台积电CoWoS产能比重约40%至50%。

至于英伟达8月上旬推出的L40S绘图芯片,未采用HBM记忆体,因此不会采用台积电CoWoS封装。

产业人士指出,通用绘图处理器采用更高规格的高频宽记忆体,需借由2.5D先进封装技术将核心晶粒(die)整合在一起,而CoWoS封装的前段芯片堆叠(Chip on Wafer)制程,主要在晶圆厂内透过65纳米制造并进行矽穿孔蚀刻等作业,之后再进行堆叠芯片封装在载板上(Wafer on Substrate)。

不过台积电CoWoS封装产能吃紧,在7月下旬法人说明会,台积电预估CoWoS产能将扩增1倍,但供不应求情况要到明年底才可缓解。台积电7月下旬也宣布斥资近新台币900亿元,在竹科辖下铜锣科学园区设立先进封装晶圆厂,预计2026年底完成建厂,量产时间落在2027年第2季或第3季。

英伟达财务长克芮斯(Colette Kress)在8月24日在线上投资者会议透露,英伟达在CoWoS封装的关键制程,已开发并认证其他供应商产能,预期未来数季供应可逐步爬升,英伟达持续与供应商合作增加产能。

美系外资法人整合AI芯片制造的供应链讯息指出,CoWoS产能是AI芯片供应产生瓶颈的主要原因,亚系外资法人分析,CoWoS封装产能吃紧,关键原因在中介层供不应求,因为中介层矽穿孔制程复杂,且产能扩充需要更多高精度设备,但交期拉长,既有设备也需要定期清洗检查,矽穿孔制程时间拉长,因此牵动CoWoS封装排程。

法人指出,除了台积电,今年包括联电和日月光投控旗下矽品精密,也逐步扩充CoWoS产能。台厂也积极布局2.5D先进封装中介层,台积电在4月下旬北美技术论坛透露,正在开发重布线层(RDL)中介层的CoWoS解决方案,可容纳更多高频宽记忆体堆叠;联电在7月下旬法说会也表示,加速展开提供客户所需的矽中介层技术及产能。

美系外资法人透露,台积电正将部分矽中介层(CoWoS-S)产能转移至有机中介层(CoWoS-R),以增加中介层供应。日月光投控在7月下旬法说会也表示,正与晶圆厂合作包括先进封装中介层元件;IC设计服务厂创意去年7月指出,持续布局中介层布线专利,并支援台积电的矽中介层及有机中介层技术。中央社

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