在ChatGPT、數(shù)據(jù)中心等帶動(dòng)下，高端GPU需求激增，GPU大廠英偉達(dá)迎來(lái)“甜蜜的煩惱”。近期，外媒報(bào)道由于先進(jìn)封測(cè)產(chǎn)能吃緊，英偉達(dá)正考慮增加新供應(yīng)商，分散HBM3及2.5D封裝訂單。

《The Elec》報(bào)道，據(jù)知情人士透露，英偉達(dá)正在與三星等潛在供應(yīng)商進(jìn)行洽談，作為NVIDIA A100、H100 GPU 2.5D封裝的二級(jí)供應(yīng)商，其他候選供應(yīng)商還包括美國(guó)封測(cè)業(yè)者Amkor Technology及日月光投控旗下封測(cè)廠矽品。

目前NVIDIA A100、H100 GPU完全由臺(tái)積電代工生產(chǎn)，并使用臺(tái)積電先進(jìn)CoWoS封裝技術(shù)。然而，隨著生成式AI需求激增，臺(tái)積電CoWoS產(chǎn)能?chē)?yán)重吃緊，出現(xiàn)訂單外溢到其他廠商的現(xiàn)象。

2022年12月，三星成立先進(jìn)封裝（AVP）部門(mén)，搶攻高端封測(cè)商機(jī)。知情人士表示，如果NVIDIA認(rèn)可三星2.5D封裝制程的良率，未來(lái)可能會(huì)將一成的AI GPU封測(cè)訂單下單給三星。

面對(duì)先進(jìn)封裝CoWoS產(chǎn)能爆滿，臺(tái)積電計(jì)劃將CoWoS產(chǎn)能擴(kuò)張40%以上。報(bào)道指出，這表示三星必須盡快通過(guò)英偉達(dá)的供應(yīng)商評(píng)估，否則訂單可能落空。

此外，為提升整體AI服務(wù)器的系統(tǒng)運(yùn)算效能，以及存儲(chǔ)器傳輸帶寬等，英偉達(dá)等高端GPU中大多選擇搭載HBM。三星也有布局HBM，該公司計(jì)劃今年開(kāi)始量產(chǎn)HBM3，正在積極爭(zhēng)取英偉達(dá)的HBM3訂單。

受益于AI芯片與HBM需求帶動(dòng)，先進(jìn)封裝產(chǎn)能迎來(lái)發(fā)展機(jī)會(huì)。


三星搶奪先進(jìn)封裝產(chǎn)能

目前，英偉達(dá)A100、H100等AI GPU都是使用臺(tái)積電的晶圓及其2.5D封裝的前端工藝；而HBM芯片則是由SK海力士獨(dú)家供應(yīng)。

然而，臺(tái)積電的產(chǎn)能無(wú)力承擔(dān)所有2.5D封裝工作量。日前也有報(bào)道指出，亞馬遜AWS、博通、思科和賽靈思等公司都提高了對(duì)臺(tái)積電CoWoS封裝需求，臺(tái)積電正積極擴(kuò)產(chǎn)CoWoS。根據(jù)計(jì)劃，臺(tái)積電的2.5D封裝產(chǎn)能有望擴(kuò)大40%以上。

消息人士指出，英偉達(dá)正與二級(jí)供應(yīng)商、替代供應(yīng)商就產(chǎn)量與價(jià)格進(jìn)行談判，潛在供應(yīng)商包括Amkor、日月光旗下矽品、三星的先進(jìn)封裝團(tuán)隊(duì)（AVP）。

其中，三星AVP團(tuán)隊(duì)向英偉達(dá)提出，可以為整個(gè)項(xiàng)目投入大量工程師，他們可接收英偉達(dá)從臺(tái)積電采購(gòu)的AI GPU晶圓，再?gòu)娜堑拇鎯?chǔ)芯片業(yè)務(wù)部門(mén)采購(gòu)HBM3，最后用自家I-Cube 2.5D封裝技術(shù)來(lái)完成這項(xiàng)產(chǎn)品；且團(tuán)隊(duì)還愿意為英偉達(dá)設(shè)計(jì)中間晶圓。

韓媒報(bào)道指出，若這筆交易成功實(shí)現(xiàn)，則三星有望獲得英偉達(dá)大約10%的AI GPU封裝量，但前提是，三星必須滿足英偉達(dá)的要求，并通過(guò)其HBM3及2.5D封裝的質(zhì)量測(cè)試。

三星計(jì)劃在今年晚些時(shí)候開(kāi)始生產(chǎn)HBM3。公司CEO兼芯片部門(mén)負(fù)責(zé)人京基鉉本月已通過(guò)公司內(nèi)部聊天工具透露，公司HBM3產(chǎn)品被一位客戶評(píng)為優(yōu)秀產(chǎn)品，預(yù)計(jì)從明年開(kāi)始，HBM3和HBM3P將為芯片部門(mén)的利潤(rùn)增長(zhǎng)做出貢獻(xiàn)。

三星還致力于在2025年前開(kāi)發(fā)出無(wú)凸塊封裝（bump-less package）。這種封裝主要針對(duì)高層 HBM，有助于降低封裝的高度。


代工巨頭“血拼”先進(jìn)封裝

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，微電子技術(shù)大致遵循著“摩爾定律”快速發(fā)展。但近年來(lái)，隨著芯片制程工藝的演進(jìn)，“摩爾定律”迭代進(jìn)度放緩，導(dǎo)致芯片的性能增長(zhǎng)邊際成本急劇上升。據(jù)IBS統(tǒng)計(jì)，在達(dá)到 28nm制程節(jié)點(diǎn)以后，如果繼續(xù)縮小制程節(jié)點(diǎn)，每百萬(wàn)門(mén)晶體管的制造成本不降反升。

而另一方面，在摩爾定律減速的同時(shí)，計(jì)算需求卻在暴漲。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)駕駛等新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)算力芯片的效能要求越來(lái)越高。

后摩爾時(shí)代，在計(jì)算需求瓶頸、芯片制造面臨物理極限與經(jīng)濟(jì)效益邊際提升多重挑戰(zhàn)下，半導(dǎo)體行業(yè)開(kāi)始探索新的發(fā)展路徑。

其中，先進(jìn)封裝成為超越摩爾定律方向中的一條重要賽道。

先進(jìn)封裝在提高芯片集成度、縮短芯片距離、加快芯片間電氣連接速度以及性能優(yōu)化的過(guò)程中扮演了更重要角色，正成為助力系統(tǒng)性能持續(xù)提升的重要保障，并滿足“輕、薄、短、小”和系統(tǒng)集成化的需求。

可見(jiàn)，隨著大算力需求提升，以及單芯片向更先進(jìn)制程推進(jìn)難度的增大，先進(jìn)封裝替代先進(jìn)制程成為降低單位算力成本的關(guān)鍵方案。

Yole Group最新的Advanced Packaging Market Monitor數(shù)據(jù)顯示 ，全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模將由2022年的443億美元，增長(zhǎng)到2028年的786億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率（CAGR）為10.6%。

市場(chǎng)潛力之下，前后道頭部廠商紛紛搶灘，積極投資先進(jìn)封裝技術(shù)。

從晶圓代工廠商動(dòng)態(tài)來(lái)看，在代工制程按照摩爾定律飛速發(fā)展的甜蜜期，封裝并沒(méi)有進(jìn)入晶圓代工廠的視野。然而，近幾年來(lái)隨著摩爾定律失速，先進(jìn)制程的成本快速提升，一些晶圓代工大廠的發(fā)展重心正在從過(guò)去追求更先進(jìn)納米制程，轉(zhuǎn)向封裝技術(shù)的創(chuàng)新。諸如臺(tái)積電、英特爾、三星、聯(lián)電等芯片制造廠商紛紛跨足封裝領(lǐng)域，先進(jìn)封裝技術(shù)無(wú)疑成為代工巨頭角逐的重要戰(zhàn)場(chǎng)。


先進(jìn)封裝的市場(chǎng)現(xiàn)狀

TrendForce 報(bào)告指出，聊天機(jī)器人等生成式 AI 應(yīng)用 爆發(fā)式增長(zhǎng)，帶動(dòng) 2023 年 AI 服務(wù)器開(kāi)發(fā)大幅擴(kuò)張。這種對(duì)高端 AI 服務(wù)器的依 賴(lài)，需要使用高端 AI 芯片，這不僅將拉動(dòng) 2023~2024 年 HBM 的需求，而且預(yù)計(jì) 還將在 2024 年帶動(dòng)先進(jìn)封裝產(chǎn)能增長(zhǎng) 30~40%。先進(jìn)封裝增速高于整體封裝，2.5D/3D 封裝增速居先進(jìn)封裝之首。

根據(jù) Yole，2021 年，先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模約 375 億美元，占整體封裝市場(chǎng)規(guī)模的 44%，預(yù)計(jì)到 2027 年將提升至占比 53%，約 650 億美元，CAGR21-27為 9.6%，高于整體封裝市場(chǎng)規(guī)模 CAGR21-27 6.3%。

先進(jìn)封裝中的 2.5D/3D 封裝多應(yīng)用于(x)PU, ASIC, FPGA, 3D NAND, HBM, CIS 等，受數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)，2.5D/3D 封裝市場(chǎng)收入規(guī)模 CAGR21-27高達(dá) 14%，在先進(jìn)封裝多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域中位列第一。


從產(chǎn)業(yè)鏈分析先進(jìn)封裝的投資機(jī)會(huì)

先進(jìn)封裝處于晶圓制造與封測(cè)制程中的交叉區(qū)域，涉及 IDM、晶圓代工、封 測(cè)廠商。先進(jìn)封裝要求在晶圓劃片前融入封裝工藝步驟，具體包括應(yīng)用晶圓研磨 薄化、重布線（RDL）、凸塊制作（Bumping）及硅通孔（TSV）等工藝技術(shù)，涉及 與晶圓制造相似的光刻、顯影、刻蝕、剝離等工序步驟，從而使得晶圓制造與封 測(cè)前后道制程中出現(xiàn)中道交叉區(qū)域。

1.封測(cè)端：

算力芯片廣泛采用的 2.5D/3D 封裝方案是對(duì)傳統(tǒng)封裝的重大升級(jí)，但封測(cè)廠商仍將扮演重要地位。

通富微電已經(jīng)具備 7nm Chiplet 規(guī)模量產(chǎn)能力，并持續(xù)與 AMD 等龍 頭廠商加深合作；長(zhǎng)電科技推出 XDFOI?技術(shù)方案，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際客戶 4nm 節(jié)點(diǎn) Chiplet 產(chǎn)品的量產(chǎn)出貨。

此外，先進(jìn)封裝加速了晶圓級(jí)封裝的需求，國(guó)內(nèi)諸多封測(cè)廠商都具備晶圓級(jí)封裝能力，諸如長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技、甬矽電子、盛合晶微等，有望迎來(lái)晶圓級(jí)封裝的需求增量。

2.設(shè)備端：

Chiplet 技術(shù)帶來(lái)芯片數(shù)量的增長(zhǎng)，測(cè)試設(shè)備用量。此外 Chiplet 技術(shù)還增加了晶圓級(jí)封裝的需求，諸多晶圓制造設(shè)備迎來(lái)需求增量。

1）晶圓級(jí)封裝設(shè)備。晶圓級(jí)封裝需要的設(shè)備與前道晶圓制造類(lèi)似，涉及光 刻機(jī)、涂膠顯影設(shè)備、薄膜設(shè)備、電鍍?cè)O(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、量測(cè)設(shè)備等。國(guó)產(chǎn)諸多公司都有相關(guān)業(yè)務(wù)：北方華創(chuàng)（刻蝕、薄膜、清洗等）、芯源微（涂膠 顯影、清洗）、盛美上海（電鍍、清洗、涂膠顯影、拋光）、中科飛測(cè)（檢測(cè)）等。

2）后道封測(cè)設(shè)備。Chiplet 封裝依舊需要和傳統(tǒng)封裝類(lèi)似的封裝和測(cè)試環(huán)節(jié)，有望成為國(guó)產(chǎn)封測(cè)設(shè)備廠商成長(zhǎng)的新動(dòng)力，包括：封裝設(shè)備廠商新益昌、ASMP； 測(cè)試設(shè)備廠商長(zhǎng)川科技、華峰測(cè)控、金海通等。

3.材料端：

Chiplet 技術(shù)對(duì)芯片的高速互聯(lián)需求增長(zhǎng)，帶來(lái)高速封裝基板需求，此外高端封裝耗材的用量亦會(huì)有所增加。

Chiplet 技術(shù)發(fā)展增大芯片封裝面積，提升 ABF 載板用量。從生產(chǎn)端來(lái)看，日本、中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)主導(dǎo)了全球 ABF 載板生產(chǎn)，2021 年這三大地區(qū)的市場(chǎng)份額分別為 25%、44%和 9.9%。

未來(lái)隨著 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能運(yùn)算芯片需求增長(zhǎng)以及 Chiplet 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，ABF 載板的需求量將進(jìn)一步提升。國(guó)內(nèi)廠商如華正新 材、生益科技、方邦股份、興森科技、深南電路等正在加快核心技術(shù)研發(fā)，力爭(zhēng)打破海外壟斷格局。