熬出頭的CoWoS

據(jù)中國(guó)臺(tái)灣媒體報(bào)道，臺(tái)積電正在擴(kuò)大 CoWoS 先進(jìn)封裝產(chǎn)能，以滿(mǎn)足客戶(hù)，尤其是 AI 芯片領(lǐng)域的需求。英偉達(dá)等大客戶(hù)增加了對(duì) CoWoS 封裝的訂單量，AMD、亞馬遜等其他大廠也出現(xiàn)了緊急訂單。為了滿(mǎn)足這些需求，臺(tái)積電已要求設(shè)備供應(yīng)商增加 CoWoS 機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)數(shù)量，并計(jì)劃在明年上半年完成交付和安裝。

9 月底，傳出消息臺(tái)積電再次追加 30% 半導(dǎo)體設(shè)備訂單，帶動(dòng)聯(lián)電、日月光投控等 CoWoS 先進(jìn)封裝中介層供應(yīng)商接單量，并傳出后者要漲價(jià)的消息。

CoWoS 也曾「煎熬」

CoWoS 是臺(tái)積電獨(dú)門(mén)技術(shù)，2012 年即推出。不過(guò)，由于成本昂貴，因而推出后除了賽靈思等少數(shù)客戶(hù)采用，之后便乏人問(wèn)津。

不過(guò)隨著 AI 熱潮引爆，臺(tái)積電 CoWoS 封裝技術(shù)也熬出頭，產(chǎn)能大爆發(fā)。臺(tái)積電總裁魏哲家在本月 20 日法說(shuō)會(huì)上坦言，AI 相關(guān)需求增加，預(yù)測(cè)未來(lái)五年內(nèi)將以接近 50％的年平均成長(zhǎng)率成長(zhǎng)，并占臺(tái)積電營(yíng)收約 1 成，臺(tái)積電也決定將資本支出中加重在 CoWoS 先進(jìn)封裝產(chǎn)能的建置，且是越快越好（As quickly as possible）！

隨著 ChatGPT 橫空出世，生成式 AI 紅遍全球，帶動(dòng) AI 芯片的需求強(qiáng)勁，英偉達(dá)（NVIDIA）的 H100、A100 全部由臺(tái)積電代工，并使用臺(tái)積電的 CoWoS 先進(jìn)封裝技術(shù)，除了英偉達(dá)外，AMD MI300 也導(dǎo)入 CoWoS 技術(shù)，造成 CoWoS 產(chǎn)能供不應(yīng)求。

為什么是 CoWoS？

CoWoS 可以將 CPU、GPU、DRAM 等各式芯片以并排方式（side-by-side）堆疊，有節(jié)省空間、減少功耗的優(yōu)勢(shì)；另外，因?yàn)?CoWoS 能將不同制程的芯片封裝在一起，可達(dá)到加速運(yùn)算但同時(shí)控制成本的目的，適用于 AI 、GPU 等高速運(yùn)算芯片封裝。

相較于傳統(tǒng)的芯片封裝技術(shù)，CoWoS 技術(shù)有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

高度密集：此技術(shù)可以使多個(gè)芯片在一個(gè)封裝中實(shí)現(xiàn)高度集成，從而可以在更小的空間內(nèi)提供更強(qiáng)大的功能。在需求高度集成的行業(yè)（例如互聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等）中得到廣泛應(yīng)用。

高速和高可靠性：由于芯片與晶圓直接相連，從而可以提高信號(hào)傳輸速度和可靠性。同時(shí)，此技術(shù)還可以有效地縮短電子器件的信號(hào)傳輸距離，從而減少傳輸時(shí)延和能量損失。

高性?xún)r(jià)比：CoWoS 技術(shù)可以降低芯片的制造成本和封裝成本，因?yàn)樗梢员苊鈧鹘y(tǒng)封裝技術(shù)中的繁瑣步驟（例如銅線纏繞、耗材成本高等），從而可以提高生產(chǎn)效率和降低成本。

CoWoS 技術(shù)是目前 HBM 與 CPU/GPU 處理器集成的主流方案。HBM 的高焊盤(pán)數(shù)和短跡線長(zhǎng)度要求需要 2.5D 先進(jìn)封裝技術(shù)，目前幾乎所有的 HBM 系統(tǒng)都封裝在 CoWoS 上，而高端 AI 服務(wù)器基本都使用 HBM，因此幾乎所有領(lǐng)先的數(shù)據(jù)中心 GPU 都是臺(tái)積電封裝在 CoWos 上的。

高端芯片走向多個(gè)小芯片、內(nèi)存，堆疊成為必然發(fā)展趨勢(shì)，CoWoS 封裝技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛，包含高效能運(yùn)算 HPC、AI 人工智能、數(shù)據(jù)中心、5G、物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)用電子等等，可以說(shuō)在未來(lái)的各大趨勢(shì)，CoWoS 封裝技術(shù)會(huì)扮演著相當(dāng)重要的地位。

漲價(jià)和擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程

今年是 AI 爆火的一年。隨著 ChatGPT 橫空出世，生成式 AI 紅遍全球，帶動(dòng) AI 芯片的需求強(qiáng)勁，英偉達(dá)的 H100、A100 全部由臺(tái)積電代工，并使用臺(tái)積電的 CoWoS 先進(jìn)封裝技術(shù)，除了英偉達(dá)外，AMD MI300 也導(dǎo)入 CoWoS 技術(shù)，造成 CoWoS 產(chǎn)能供不應(yīng)求

6 月份，臺(tái)積電宣布計(jì)劃擴(kuò)充 CoWoS 封裝產(chǎn)能，預(yù)計(jì)下半年月產(chǎn)能將增加 3000 片。此舉旨在滿(mǎn)足全球電子產(chǎn)品和芯片市場(chǎng)的旺盛需求，同時(shí)提升公司在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

7 月，臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音表示，臺(tái)積電自有先進(jìn)封裝產(chǎn)能去年迄今幾乎翻倍增長(zhǎng)，今年到明年若又要翻倍，「確實(shí)是挑戰(zhàn)」。為應(yīng)對(duì)明年先進(jìn)封裝的 CoWoS 產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)，甚至把一些 InFO 產(chǎn)能挪到南科去，臺(tái)積電希望能在龍?zhí)稊U(kuò)張 CoWoS 產(chǎn)能，很多計(jì)劃都會(huì)積極推動(dòng)，希望應(yīng)對(duì)客戶(hù)即時(shí)需求。臺(tái)積電也在近期的法說(shuō)會(huì)上稱(chēng)，當(dāng)前 AI 芯片相關(guān)產(chǎn)能瓶頸主要集中在后端的 CoWoS 環(huán)節(jié)，臺(tái)積電正在與客戶(hù)緊密合作擴(kuò)張產(chǎn)能，預(yù)計(jì) CoWoS 的產(chǎn)能緊張將于 2024 年底得到緩解，2024 年的 CoWoS 產(chǎn)能將達(dá)到 2023 年水平的約兩倍。為了應(yīng)對(duì)產(chǎn)能不足問(wèn)題，臺(tái)積電宣布規(guī)劃斥資近 900 億元新臺(tái)幣，在中國(guó)臺(tái)灣竹科銅鑼科學(xué)園區(qū)設(shè)先進(jìn)封裝晶圓廠。經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的跨部門(mén)協(xié)商，竹科管理局日前正式發(fā)函，同意臺(tái)積電取得竹科銅鑼園區(qū)約 7 公頃土地。新工廠預(yù)計(jì) 2026 年底建成，2027 年第三季度開(kāi)始量產(chǎn)。

8 月摩根大通指出，AI 需求下半年持續(xù)強(qiáng)勁，臺(tái)積電 CoWoS 產(chǎn)能擴(kuò)張進(jìn)度將超出預(yù)期，明年底前產(chǎn)能翻揚(yáng)至每月 2.8 萬(wàn)～3 萬(wàn)片，并將在 2024 年下半年明顯加速。同時(shí)，非臺(tái)積電陣營(yíng)的類(lèi) CoWoS 產(chǎn)能，也都在積極擴(kuò)張中。摩根大通估計(jì)，英偉達(dá) 2023 年占整體 CoWoS 需求量的六成，臺(tái)積電約可生產(chǎn) 180 萬(wàn)～190 萬(wàn)套 H100 芯片，接下來(lái)需求量較大的則是博通、亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的 Inferentia 芯片與賽靈思。放眼 2024 年，因臺(tái)積電產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，可供應(yīng)英偉達(dá)所需的 H100 芯片數(shù)量上看 410 萬(wàn)～420 萬(wàn)套。

9 月，又有消息傳出臺(tái)積電正在著手將急單的 CoWoS 價(jià)格提高 20%，這也暗示著，困擾整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈已久的 CoWoS 產(chǎn)能瓶頸有望得到緩解。

分這塊蛋糕的不止有臺(tái)積電。英特爾副總裁兼亞太區(qū)總經(jīng)理 Steven Long 8 月下旬表示，英特爾正在馬來(lái)西亞檳城興建封測(cè)廠，強(qiáng)化 2.5D/3D 封裝布局。這將是繼英特爾新墨西哥州及奧勒岡廠之后，首座在美國(guó)之外采用英特爾 Foveros 先進(jìn)封裝架構(gòu)的 3D 封裝廠。

而英特爾副總裁 Robin Martin 受訪時(shí)也透露，未來(lái)檳城新廠將成為公司最大的 3D 先進(jìn)封裝據(jù)點(diǎn)。除了檳城的 3D 封測(cè)廠之外，英特爾還將在馬來(lái)西亞另一居林高科技園區(qū)興建另一座組裝測(cè)試廠。全部完工后，英特爾在馬來(lái)西亞的封測(cè)廠將增至六座。

英特爾的先進(jìn)封裝包括 2.5D EMIB 與 3D Foveros 方案。

公司并未透露現(xiàn)階段其 3D Foveros 封裝的總產(chǎn)能，但其表示，美國(guó)奧勒岡州廠、新墨西哥州及檳城新廠三廠疊加，公司 2025 年的 3D 封裝產(chǎn)能將是目前水平的 4 倍。英特爾在兩年前已宣布，計(jì)劃投資 35 億美元，擴(kuò)充新墨西哥州的先進(jìn)封裝產(chǎn)能，目前建廠仍在進(jìn)行中。英特爾沒(méi)有進(jìn)一步透露檳城新廠的確切落成時(shí)程，外界預(yù)估，該廠將于 2024 年底或 2025 年初正式啟用。

CoWoS 給英偉達(dá)撐腰，也徹底帶火了 2.5D、3D 封裝。

聯(lián)電最近也在先進(jìn)封裝方面頻頻發(fā)力。根據(jù)該公司官網(wǎng)資料，聯(lián)電是全球首個(gè)提供硅中介層制造開(kāi)放解決方案的代工廠，即通過(guò)聯(lián)電+OSAT 的合作模式，由聯(lián)電完成前段 2.5D TSI 硅中介層晶圓（FEoL+TSV+FS RDL），然后交由封測(cè)廠完成中段 MEoL 和后段 BEoL 工序。

在 7 月 28 日的日月光法說(shuō)會(huì)上，該公司已經(jīng)證實(shí)，正在與代工廠合作中介層相關(guān)技術(shù)，并具備 CoWoS 整套制程的完整解決方案，預(yù)計(jì)今年下半年或明年初量產(chǎn)。

近日業(yè)界傳出，聯(lián)電已針對(duì)超急件的中介層訂單調(diào)漲價(jià)格，并啟動(dòng)產(chǎn)能倍增計(jì)劃應(yīng)對(duì)客戶(hù)需求，日月光先進(jìn)封裝報(bào)價(jià)也可能漲價(jià)。

CoWoS 的瓶頸：能笑到最后？

容量問(wèn)題是英偉達(dá)在使用臺(tái)積電 CoWoS 的第一瓶頸。HBM 和 CoWoS 是互補(bǔ)的。HBM 的高焊盤(pán)數(shù)和短走線長(zhǎng)度要求需要 CoWoS 等 2.5D 先進(jìn)封裝技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) PCB 甚至封裝基板上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的密集、短連接。CoWoS 是主流封裝技術(shù)，能夠以合理的成本提供最高的互連密度和最大的封裝尺寸。由于目前幾乎所有 HBM 系統(tǒng)都封裝在 CoWoS 上，并且所有高級(jí) AI 加速器都使用 HBM，因此，幾乎所有領(lǐng)先的數(shù)據(jù)中心 GPU 都由臺(tái)積電在 CoWoS 上封裝。

雖然臺(tái)積電的 SoIC 等 3D 封裝技術(shù)可以將芯片直接堆疊在邏輯之上，但由于散熱和成本的原因，這對(duì)于 HBM 來(lái)說(shuō)沒(méi)有意義。SoIC 在互連密度方面處于不同的數(shù)量級(jí)，并且更適合通過(guò)芯片堆疊擴(kuò)展片上緩存，如 AMD 的 3DV-Cache 解決方案所示。AMD 的賽靈思也是多年前 CoWoS 的第一批用戶(hù)，用于將多個(gè) FPGA 小芯片組合在一起。

雖然還有一些其他應(yīng)用程序使用 CoWoS，例如網(wǎng)絡(luò) (其中一些用于網(wǎng)絡(luò) GPU 集群，如 Broadcom 的 Jericho3-AI)、超級(jí)計(jì)算和 FPGA，但絕大多數(shù) CoWoS 需求來(lái)自人工智能。與半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的其他部分不同，其他主要終端市場(chǎng)的疲軟意味著有足夠的閑置空間來(lái)吸收 GPU 需求的巨大增長(zhǎng)，CoWoS 和 HBM 已經(jīng)是大多數(shù)面向人工智能的技術(shù)，因此所有閑置空間已在第一季度被吸收。隨著 GPU 需求的爆炸式增長(zhǎng)，供應(yīng)鏈中的這些部分無(wú)法跟上并成為 GPU 供應(yīng)的瓶頸。