AI芯片供不應求：英偉達、AMD包下臺積電兩年先進(jìn)封裝產(chǎn)能

據《臺灣經(jīng)濟日報》報道，英偉達、AMD兩家公司重視高性能計算（HPC）市場(chǎng)，包下臺積電今明兩年CoWoS與SoIC先進(jìn)封裝產(chǎn)能。臺積電高度看好AI相關(guān)應用帶來(lái)的動(dòng)能，臺積電對AI相關(guān)應用的發(fā)展前景充滿(mǎn)信心，該公司總裁魏哲家在4月份的財報會(huì )議上調整了AI訂單的預期和營(yíng)收占比，訂單預期從原先的2027年拉長(cháng)到2028年。

臺積電認為，服務(wù)器AI處理器今年貢獻營(yíng)收將增長(cháng)超過(guò)一倍，占公司2024年總營(yíng)收十位數低段百分比，預計未來(lái)五年服務(wù)器AI處理器年復合增長(cháng)率達50%，2028年將占臺積電營(yíng)收超過(guò)20%。

全球云服務(wù)公司（如亞馬遜 AWS、微軟、谷歌、Meta）正在積極投入AI服務(wù)器軍備競賽。英偉達、AMD的產(chǎn)品供不應求，他們全力向臺積電下單，以應對云服務(wù)公司的大量訂單需求。

英偉達目前的主力產(chǎn)品H100芯片主要采用臺積電4nm制程，并采用CoWoS先進(jìn)封裝，與SK海力士的高帶寬內存（HBM）以2.5D封裝形式提供給客戶(hù)；AMD的MI300系列則采用臺積電5nm和6nm制程生產(chǎn)，與英偉達不同的是，AMD先采用臺積電的SoIC將CPU、GPU芯片做垂直堆疊整合，再與HBM做CoWoS先進(jìn)封裝。

臺積電當前憑借其領(lǐng)先業(yè)界的2.5D/3D先進(jìn)封裝吃下市場(chǎng)幾乎所有5nm及以下制程高端芯片封裝訂單，并且先進(jìn)封裝產(chǎn)能遠無(wú)法滿(mǎn)足需求，英偉達H100/H200供不應求正是受限于臺積電2.5D級別的CoWoS封裝產(chǎn)能。為應對客戶(hù)的巨大需求，臺積電正在積極擴充先進(jìn)封裝產(chǎn)能。今年底臺積電的CoWoS月產(chǎn)能將達到4.5萬(wàn)至5萬(wàn)片，SoIC預計今年底月產(chǎn)能可達五、六千片，并在2025年底沖上單月1萬(wàn)片規模。

CoWoS

CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）是一種2.5D的整合生產(chǎn)技術(shù)，由CoW和oS組合而來(lái)：先將芯片通過(guò)Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連接至硅晶圓，再把CoW芯片與基板（Substrate）連接，整合成 CoWoS。

SoIC

SoIC于2018年4月公開(kāi)，是臺積電基于CoWoS與多晶圓堆疊（WoW）封裝技術(shù)，開(kāi)發(fā)的新一代創(chuàng )新封裝技術(shù)，這標志著(zhù)臺積電已具備直接為客戶(hù)生產(chǎn)3D IC的能力。

相較2.5D封裝方案，SoIC的凸塊密度更高，傳輸速度更快，功耗更低。

隨著(zhù)在硅片上壓縮更多晶體管的成本越來(lái)越高，chiplet先進(jìn)封裝是一個(gè)吸引全球芯片公司關(guān)注的領(lǐng)域。在我們所處的“后摩爾時(shí)代”（Post-Moore Era），芯片先進(jìn)制程突破面臨極大難度（如量子隧穿效應以及開(kāi)發(fā)成本指數級增長(cháng)），加之逐漸邁入AI時(shí)代以及萬(wàn)物互聯(lián)趨勢愈發(fā)明顯，多種任務(wù)帶來(lái)的算力需求可能激增，比如深度學(xué)習任務(wù)、訓練/推理、AI驅動(dòng)的圖像渲染、識別等。這些任務(wù)對硬件性能要求都非常高，這意味著(zhù)像PC那樣單獨集成的CPU或GPU已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足算力需求。

因此，Chiplet先進(jìn)封裝應運而生。Chiplet封裝技術(shù)可以使不同的GPU模塊，或者CPU、FPGA、ASIC芯片等在同一個(gè)系統中協(xié)同工作，最大化地高效調度各類(lèi)型芯片算力，以提供更大規模的并行計算能力。IDC預計至2024下半年，臺積電CoWoS產(chǎn)能有望大幅增加約130% 。

當前AI芯片需求可謂無(wú)比強勁，未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間可能也是如此，而AI芯片制程主要集中于5nm以及以下的先進(jìn)制程。根據市場(chǎng)研究機構Gartner最新預測，到2024年AI芯片市場(chǎng)規模將較上一年增長(cháng) 25.6%，達到671億美元，預計到2027年，AI芯片市場(chǎng)規模預計將是2023年規模的兩倍以上，達到1194億美元。知名市場(chǎng)研究機構Precedence Research近期發(fā)布的AI芯片市場(chǎng)規模預測報告顯示，預計到2032年涵蓋CPU、GPU、ASIC以及FPGA等類(lèi)型AI芯片市場(chǎng)規模將從2023年的約219億美元激增至2274.8億美元，2023-2032年復合增速接近30%。