先進(jìn)制程三巨頭將掀起3D封裝排位賽

近日，英特爾宣布其首個(gè)3D封裝技術(shù)Foveros已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。與此同時(shí)，三星也在積極開發(fā)其3D封裝技術(shù)X-Cube，并表示將在2024年量產(chǎn)。

3D封裝的理論已經(jīng)提出多年，但是由于技術(shù)難度比較大，能量產(chǎn)3D封裝的企業(yè)并不多。2022年，臺(tái)積電成為業(yè)內(nèi)首家量產(chǎn)3D封裝的廠商，而隨著英特爾3D封裝量產(chǎn)的到來(lái)以及三星3D封裝技術(shù)的漸行漸近，先進(jìn)制程三巨頭在3D封裝市場(chǎng)的排位賽也即將開啟。

3D封裝成AI芯片制勝法寶

業(yè)內(nèi)對(duì)臺(tái)積電CoWos等2.5D封裝已經(jīng)供不應(yīng)求。隨著業(yè)內(nèi)對(duì)于AI芯片算力的需求不斷提升，這一現(xiàn)象將很快蔓延到3D封裝領(lǐng)域， 3D封裝甚至將成為AI芯片的制勝法寶。

臺(tái)積電SoIC是業(yè)內(nèi)第一個(gè)高密度3D chiplet堆迭技術(shù)，需求量持續(xù)走高。據(jù)了解，目前臺(tái)積電SoIC技術(shù)月產(chǎn)能約為1900片，預(yù)計(jì)2024年月產(chǎn)能將超過3000片，增幅近60%；2027年的月產(chǎn)能有望拉升到7000片以上，是2023年月產(chǎn)能的約3.7倍。

來(lái)源：臺(tái)積電此前，英國(guó)AI芯片公司Graphcore發(fā)布了世界上首顆采用臺(tái)積電SoIC 3D封裝技術(shù)的AI芯片，芯片性能提升了40%，并首次突破7納米工藝極限。該款芯片的出現(xiàn)，也展示了3D封裝技術(shù)在AI芯片領(lǐng)域的巨大潛力。如今，蘋果、AMD等業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)都成為了臺(tái)積電3D封裝的客戶。

臺(tái)積電3D封裝與其2.5D封裝對(duì)比圖（圖片來(lái)源：臺(tái)積電）

芯謀研究副總監(jiān)嚴(yán)波對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，隨著芯片制程接近物理極限，芯片加工工藝受限，人們很難在單個(gè)芯片上加工多種線寬。然而，3D封裝技術(shù)允許將不同線寬的芯片拼接在一起，這對(duì)于處理大量數(shù)據(jù)的AI芯片非常有利。這種技術(shù)可以有效地提高數(shù)據(jù)搬運(yùn)、處理和功耗控制能力，減少訪問延遲，降低發(fā)熱。此外，如果將所有功能都集成在一個(gè)AI芯片上，設(shè)計(jì)會(huì)變得非常復(fù)雜且成本高昂。3D封裝允許在芯片設(shè)計(jì)階段，將大規(guī)模的芯片按功能模塊分解為芯粒。這種模塊化設(shè)計(jì)可以使部分芯粒在不同的芯片產(chǎn)品中重復(fù)使用，從而大大降低設(shè)計(jì)難度和成本，并加速產(chǎn)品的上市周期。同時(shí)，從制造工藝的角度看，將大芯片分解為多個(gè)芯粒也可以降低制造成本，提高良率。

咨詢公司Yole Intelligence稱，未來(lái)，全球先進(jìn)芯片封裝市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2022年的443億美元增長(zhǎng)到2027年的660億美元，3D封裝預(yù)計(jì)將占四分之一左右的市場(chǎng)規(guī)模。

英特爾成為AI芯片3D封裝供應(yīng)商

隨著AI芯片對(duì)3D封裝的需求不斷增長(zhǎng)，僅臺(tái)積電一家公司的3D封裝產(chǎn)能難以滿足龐大的市場(chǎng)需求。剛剛實(shí)現(xiàn)3D封裝量產(chǎn)的英特爾，或?qū)⒕徑馐袌?chǎng)的焦慮。

據(jù)悉，在此前的2D以及2.5D封裝技術(shù)中，英特爾基本上都將其用于生產(chǎn)自家產(chǎn)品。但是在3D封裝領(lǐng)域，英特爾將要開始接受外部訂單，與臺(tái)積電展開競(jìng)爭(zhēng)。

就在不久前，英特爾宣布其首個(gè)3D封裝技術(shù)Foveros已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。英特爾相關(guān)負(fù)責(zé)人向《中國(guó)電子報(bào)》記者透露，英特爾于去年年底發(fā)布的酷睿Ultra處理器已經(jīng)采用了其Foveros 3D封裝技術(shù)，而此次宣布量產(chǎn)意味著英特爾可以為客戶大批量生產(chǎn)3D封裝產(chǎn)品。

此外，英特爾近期發(fā)布的2024年財(cái)報(bào)明確指出，其先進(jìn)封裝代工客戶新增三家。業(yè)內(nèi)猜測(cè)，這些客戶中可能有英偉達(dá)，并預(yù)計(jì)英特爾最快將于2024年第二季度正式加入英偉達(dá)先進(jìn)封裝供應(yīng)鏈行列，為其提供每月高達(dá)5000片的產(chǎn)能。

在先進(jìn)制程領(lǐng)域，英特爾一度落后三星，但是在3D封裝領(lǐng)域英特爾卻先三星一步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并同樣將在代工市場(chǎng)分一杯羹。

嚴(yán)波認(rèn)為，英特爾的3D封裝技術(shù)之所以能快速發(fā)展，一部分原因是美國(guó)建設(shè)本土產(chǎn)業(yè)集群帶來(lái)的助推作用。

“雖然英偉達(dá)、AMD等公司的AI芯片仍采用臺(tái)積電的先進(jìn)封裝技術(shù)，但目前美國(guó)是全球大型芯片設(shè)計(jì)公司的聚集地，在美國(guó)致力于強(qiáng)化半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的背景下，英特爾的先進(jìn)封裝技術(shù)有望迎來(lái)本土政策帶來(lái)的發(fā)展紅利?！眹?yán)波說。

三星蓄勢(shì)待發(fā)

作為代工三巨頭之一，三星正在積極開發(fā)其3D封裝技術(shù)X-Cube，并表示將在2024年量產(chǎn)。同時(shí)，其為AI芯片開發(fā)的最新3D封裝技術(shù)SAINT也漸行漸近。

X-Cube是三星在2020年的3D封裝技術(shù)。該技術(shù)是將硅晶圓或芯片物理堆疊，并通過硅通孔（TSV）連接，最大程度上縮短了互聯(lián)長(zhǎng)度，在降低功耗的同時(shí)提高傳輸速率。

2023年，三星推出了3D封裝技術(shù)SAINT，主要有三種方案：在垂直堆疊SRAM內(nèi)存芯片和CPU中采用的SAINTS；在CPU、GPU等處理器和DRAM內(nèi)存中使用的SAINT D；在堆疊應(yīng)用處理器（AP）中使用的SAINTL。其中，SAINT S技術(shù)已經(jīng)通過了目前的驗(yàn)證測(cè)試。三星很有可能將SAINT這一技術(shù)應(yīng)用于集成高性能芯片所需的存儲(chǔ)器和處理器，其中就包括AI芯片。

有消息稱，三星內(nèi)部正考慮將其SAINT 3D封裝技術(shù)應(yīng)用于Exynos系列移動(dòng)處理器上，以進(jìn)一步提高Exynos處理器的整體性能和生產(chǎn)效率。而在為客戶代工方面，還需要與客戶進(jìn)一步測(cè)試后才能推出商用服務(wù)。此外，還有消息稱，三星的SAINT封裝技術(shù)將為英偉達(dá)的Blackwell AI加速器生產(chǎn)關(guān)鍵組件。

目前，臺(tái)積電在先進(jìn)封裝領(lǐng)域已經(jīng)具備了較大的技術(shù)和生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，而英特爾也在美國(guó)政府的扶持下不斷拓展其3D封裝的客戶。在競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的當(dāng)下，三星需要通過加大研發(fā)投入、提高生產(chǎn)效率以及優(yōu)化產(chǎn)品定價(jià)等方式來(lái)提升自身的競(jìng)爭(zhēng)力，贏得市場(chǎng)份額。

作者丨沈叢編輯丨張心怡美編丨馬利亞監(jiān)制丨連曉東