熬出頭的CoWoS

據中國臺灣媒體報道，臺積電正在擴大 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。英偉達等大客戶(hù)增加了對 CoWoS 封裝的訂單量，AMD、亞馬遜等其他大廠(chǎng)也出現了緊急訂單。為了滿(mǎn)足這些需求，臺積電已要求設備供應商增加 CoWoS 機臺的生產(chǎn)數量，并計劃在明年上半年完成交付和安裝。

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

CoWoS 也曾「煎熬」

CoWoS 是臺積電獨門(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客戶(hù)采用，之后便乏人問(wèn)津。

不過(guò)隨著(zhù) AI 熱潮引爆，臺積電 CoWoS 封裝技術(shù)也熬出頭，產(chǎn)能大爆發(fā)。臺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，預測未來(lái)五年內將以接近 50％的年平均成長(cháng)率成長(cháng)，并占臺積電營(yíng)收約 1 成，臺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(zhù) ChatGPT 橫空出世，生成式 AI 紅遍全球，帶動(dòng) AI 芯片的需求強勁，英偉達（NVIDIA）的 H100、A100 全部由臺積電代工，并使用臺積電的 CoWoS 先進(jìn)封裝技術(shù)，除了英偉達外，AMD MI300 也導入 CoWoS 技術(shù)，造成 CoWoS 產(chǎn)能供不應求。

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，有節省空間、減少功耗的優(yōu)勢；另外，因為 CoWoS 能將不同制程的芯片封裝在一起，可達到加速運算但同時(shí)控制成本的目的，適用于 AI 、GPU 等高速運算芯片封裝。

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

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)現高度集成，從而可以在更小的空間內提供更強大的功能。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，因為它可以避免傳統封裝技術(shù)中的繁瑣步驟（例如銅線(xiàn)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)數和短跡線(xiàn)長(cháng)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)先的數據中心 GPU 都是臺積電封裝在 CoWos 上的。

高端芯片走向多個(gè)小芯片、內存，堆疊成為必然發(fā)展趨勢，CoWoS 封裝技術(shù)應用的領(lǐng)域廣泛，包含高效能運算 HPC、AI 人工智能、數據中心、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，CoWoS 封裝技術(shù)會(huì )扮演著(zhù)相當重要的地位。

漲價(jià)和擴產(chǎn)進(jìn)程

今年是 AI 爆火的一年。隨著(zhù) ChatGPT 橫空出世，生成式 AI 紅遍全球，帶動(dòng) AI 芯片的需求強勁，英偉達的 H100、A100 全部由臺積電代工，并使用臺積電的 CoWoS 先進(jìn)封裝技術(shù)，除了英偉達外，AMD MI300 也導入 CoWoS 技術(shù)，造成 CoWoS 產(chǎn)能供不應求

6 月份，臺積電宣布計劃擴充 CoWoS 封裝產(chǎn)能，預計下半年月產(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體市場(chǎng)的競爭力。

7 月，臺積電董事長(cháng)劉德音表示，臺積電自有先進(jìn)封裝產(chǎn)能去年迄今幾乎翻倍增長(cháng)，今年到明年若又要翻倍，「確實(shí)是挑戰」。為應對明年先進(jìn)封裝的 CoWoS 產(chǎn)能擴產(chǎn)，甚至把一些 InFO 產(chǎn)能挪到南科去，臺積電希望能在龍潭擴張 CoWoS 產(chǎn)能，很多計劃都會(huì )積極推動(dòng)，希望應對客戶(hù)即時(shí)需求。臺積電也在近期的法說(shuō)會(huì )上稱(chēng)，當前 AI 芯片相關(guān)產(chǎn)能瓶頸主要集中在后端的 CoWoS 環(huán)節，臺積電正在與客戶(hù)緊密合作擴張產(chǎn)能，預計 CoWoS 的產(chǎn)能緊張將于 2024 年底得到緩解，2024 年的 CoWoS 產(chǎn)能將達到 2023 年水平的約兩倍。為了應對產(chǎn)能不足問(wèn)題，臺積電宣布規劃斥資近 900 億元新臺幣，在中國臺灣竹科銅鑼科學(xué)園區設先進(jìn)封裝晶圓廠(chǎng)。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，同意臺積電取得竹科銅鑼園區約 7 公頃土地。新工廠(chǎng)預計 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 需求下半年持續強勁，臺積電 CoWoS 產(chǎn)能擴張進(jìn)度將超出預期，明年底前產(chǎn)能翻揚至每月 2.8 萬(wàn)～3 萬(wàn)片，并將在 2024 年下半年明顯加速。同時(shí)，非臺積電陣營(yíng)的類(lèi) CoWoS 產(chǎn)能，也都在積極擴張中。摩根大通估計，英偉達 2023 年占整體 CoWoS 需求量的六成，臺積電約可生產(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，因臺積電產(chǎn)能持續擴張，可供應英偉達所需的 H100 芯片數量上看 410 萬(wàn)～420 萬(wàn)套。

9 月，又有消息傳出臺積電正在著(zhù)手將急單的 CoWoS 價(jià)格提高 20%，這也暗示著(zhù)，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積電。英特爾副總裁兼亞太區總經(jīng)理 Steven Long 8 月下旬表示，英特爾正在馬來(lái)西亞檳城興建封測廠(chǎng)，強化 2.5D/3D 封裝布局。這將是繼英特爾新墨西哥州及奧勒岡廠(chǎng)之后，首座在美國之外采用英特爾 Foveros 先進(jìn)封裝架構的 3D 封裝廠(chǎng)。

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

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

公司并未透露現階段其 3D Foveros 封裝的總產(chǎn)能，但其表示，美國奧勒岡州廠(chǎng)、新墨西哥州及檳城新廠(chǎng)三廠(chǎng)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，計劃投資 35 億美元，擴充新墨西哥州的先進(jìn)封裝產(chǎn)能，目前建廠(chǎng)仍在進(jìn)行中。英特爾沒(méi)有進(jìn)一步透露檳城新廠(chǎng)的確切落成時(shí)程，外界預估，該廠(chǎng)將于 2024 年底或 2025 年初正式啟用。

CoWoS 給英偉達撐腰，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(chǎng)，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），然后交由封測廠(chǎng)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(chǎng)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，預計今年下半年或明年初量產(chǎn)。

近日業(yè)界傳出，聯(lián)電已針對超急件的中介層訂單調漲價(jià)格，并啟動(dòng)產(chǎn)能倍增計劃應對客戶(hù)需求，日月光先進(jìn)封裝報價(jià)也可能漲價(jià)。

CoWoS 的瓶頸：能笑到最后？

容量問(wèn)題是英偉達在使用臺積電 CoWoS 的第一瓶頸。HBM 和 CoWoS 是互補的。HBM 的高焊盤(pán)數和短走線(xiàn)長(cháng)度要求需要 CoWoS 等 2.5D 先進(jìn)封裝技術(shù)來(lái)實(shí)現 PCB 甚至封裝基板上無(wú)法實(shí)現的密集、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 系統都封裝在 CoWoS 上，并且所有高級 AI 加速器都使用 HBM，因此，幾乎所有領(lǐng)先的數據中心 GPU 都由臺積電在 CoWoS 上封裝。

雖然臺積電的 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量級，并且更適合通過(guò)芯片堆疊擴展片上緩存，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)、超級計算和 FPGA，但絕大多數 CoWoS 需求來(lái)自人工智能。與半導體供應鏈的其他部分不同，其他主要終端市場(chǎng)的疲軟意味著(zhù)有足夠的閑置空間來(lái)吸收 GPU 需求的巨大增長(cháng)，CoWoS 和 HBM 已經(jīng)是大多數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(zhù) GPU 需求的爆炸式增長(cháng)，供應鏈中的這些部分無(wú)法跟上并成為 GPU 供應的瓶頸。