从今年第一季度开始，AI大模型突然爆火，AI算力需求也随之急剧上升，让英伟达这一GPU主流供应商赚得盆满钵满。然而，尽管作为英伟达核心供应商的台积电最近一段时间也在不断扩充CoWoS封装产能，但仍然不能满足市场的需求，英伟达GPU还是“一芯难求”。
据悉，台积电正着手将急单的CoWoS价格提高20%，暗示着困扰整个产业链已久的CoWoS产能瓶颈有望得到缓解。而英伟达也在尝试与非台积电供应商合作的可能，以减少对单一供应商的依赖，同时进一步提升产能，抢抓这一波AI带来的市场机遇。
CoWoS技术概念，简单来说是先将半导体芯片（像是处理器、存储器等），一同放在硅中介层上，再透过Chip on Wafer（CoW）的封装制程连接至底层基板上。换言之，也就是先将芯片通过Chip on Wafer（CoW）的封装制程连接至硅晶圆，再把CoW芯片与基板连接，整合成CoWoS；利用这种封装模式，使得多颗芯片可以封装到一起，透过Si Interposer互联，达到了封装体积小，功耗低，引脚少的效果。
相较于传统的“2D”SiP(System- in-Package)，最主要的差别，在于2.5D封装在SiP基板和芯片之间，插入了硅中介层(Silicon Interposer)，并以硅穿孔(TSV，Through-Silicon Via)连接上下的金属层，克服了的SiP基板(例如多层走线印刷电路板)难以高密度布线而限制芯片数量的难题。
据悉，台积电最早在2011年宣布进行先进封装的研发，两年之后开发出了CoWoS技术。但由于价格昂贵，该先进封装技术前期仅有赛灵思采用。而为了拿下苹果这个客户，台积电开发出了一种精简的设计，能够将CoWoS结构尽量简化，并且价格压到原来的五分之一。这个技术就是后来的InFO技术。
自此，台积电的先进封装分成了两部分：一是更为经济的InFO封装技术，成为手机客户采用的首选，这也是台积电拿下苹果这个客户的原因；二是专注于高阶客户市场的CoWoS技术也因为近年来人工智能的快速发展，得到进一步发展与应用。
值得一提的是，2021年台积电将其2.5D和3D封装产品合并为一个单一的、全面的品牌3DFabric。其中，2.5D封装技术CoWoS可分为CoWoS和InFO系列。台积电的3D封装技术则是SoIC。
从当前芯片技术发展趋势来看，所有高性能封装平台的一个关键技术趋势是缩小互连间距，包括 TSV、TMV（穿模通孔）、微凸块和混合键合，也是目前最先进的解决方案。这些技术的进步对于适应更复杂的单片芯片和小芯片的集成非常重要，通过它们可以实现更快的数据处理和传输，同时消耗更少的功耗。这正契合当前激增的AI算力需求以及性能需求。
据悉，除了英伟达，今年第一季度依赖，博通、谷歌、亚马逊、NEC、AMD、赛灵思、Habana 等公司已广泛采用CoWoS技术。这背后的主要推动力应该就是AI大模型。
据TrendForce及台媒援引摩根士丹利报告，英伟达认为台积电的CoWoS产能不会限制下一季度H100的出货量，预计明年每个季度的供应量都会增加。英伟达之所以作出这样的判断，主要在于最近半年来台积电开足马力扩产。
早在今年6月，台积电就再度向台系设备厂大举追单，同时也要求供应商全力缩短交期支持，预期今年第四季至2024年首季将进入大量出机高峰。业界消息指出，台积电于6月底启动第二波追单，推估今年底CoWoS月产能将达到1.2万片，2024年将翻倍成长。
然而，当前大模型算法正在推动人工智能向更通用方向发展，进一步带动了智能算力需求激增。最近几年，随着自动驾驶、生命医学、智能制造等行业发展迅速，超大规模人工智能模型和海量数据对算力的要求不断提高，适合大模型训练的智能算力成为算力增长的主要动力。根据中国信通院在大会上发布的《中国综合算力指数（2023年）》显示，在目前算力规模中，通用算力规模占比达74%；智能算力规模占比达25%，同比增加60%。
随着AI算力需求激增，先进芯片和先进封装技术成为高性能智能算力供给的重要支撑。其中，随着摩尔定律放缓，先进封装技术成为芯片性能提升的重要技术突破口，使得CoWoS 封装的订单正以“疯狂式”状态增长。
有专家预测，未来GPU需求量会增至当前的3-5倍。Yole Intelligence也预测，2022年先进封装市场规模预计将达到22.1亿美元，并将继续以40%的复合年增长率(CAGR)增长，到2028年将达到160亿美元预计会扩大到更大规模。
目前，台积电正积极扩产CoWoS，包括竹南、龙潭和台中三地工厂；2023年其CoWoS产能至少12万片，2024年将达24万片，而英伟达将取得约15万片（1片可切约25颗）。但从英伟达GPU今年的价格也可以看出，目前CoWoS 封装产能还是很难满足市场的需求。
为此，英伟达已经在尝试“非台积电”供应链的合作。英伟达首席财务官Colette Kress近期就透露，英伟达在CoWoS封装等关键制程已开发并认证其他供应商产能，预期未来数季供应可逐步攀升，英伟达持续与供应商合作增加产能。
而有日本机构分析师指出，英伟达自二季度末以来，一直在积极推动建立非台积电的CoWoS供应链。参与厂商中，晶圆代工厂联电负责前段CoW部分的硅中介层供货，封测厂Amkor、日月光投控旗下矽品则负责后段WoS封装。
据悉，目前日月光正在为其高雄工厂向英伟达申请CoW段封装认证，预计今年下半年或明年初量产具备CoWoS整套制程的完整解决方案。联电此前已计划将硅中介层产能扩充一倍，近日再度将扩产幅度追加至两倍以上，2024年产能有望与台积电并驾其驱。Amkor也已提出明确的“类CoWoS”先进封装产能扩充计划。
实际上，英特尔、台积电和三星等领先的晶圆代工进入先进封装领域，对各大封测厂产生了一定的影响，特别是在高性能封装方面实现了比封测厂更快的上市时间。不过，目前而言，基于人工智能带来的半导体行业下一个“超级周期”，必将带来庞大的高端处理器和AI芯片先进封测需求，晶圆厂和封测厂“同槽而食”的市场空间比较大。另外，由于封测厂跟晶圆厂在先进封装市场的定位与优势不同，彼此的合作关系大于竞争。
因此，未来随着日月光、Amkor、长电科技等封测大厂的加入，未来CoWoS产能将更具保证，成为各大厂商对先进算力芯片的新的选择方案。
文章来自：https://www.eet-china.com/
