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AI 浪潮引爆先進封裝商機 大廠積極投入

台積電的CoWoS先進封裝製程技術是目前AI晶片主要採用的先進封裝技術。 聯合報系資料照
台積電的CoWoS先進封裝製程技術是目前AI晶片主要採用的先進封裝技術。 聯合報系資料照

本文共1655字

經濟日報 周明德

人工智慧(AI)逐漸深入在人類生活層面。特別是2022年生成式AI橫空出世後,人類開始可藉由AI技術來生成近似真實的語音、文章、圖畫等應用資訊,讓AI愈來愈像人類,也讓AI相關技術與應用持續快速發展。

AI演算法的發展是AI發展中最核心的技術關鍵,透過AI演算法讓電腦學習建立模型後,電腦可根據輸入數據的模式和結構,依據環境資訊進行推論與自主判斷,然後產生與訓練數據的新內容。例如語音對話、資安防護、自動駕駛等應用,透過AI進行資料分析、模式辨識、預測和最佳化,提供更快速、更便捷、更切合需求的服務。

不論AI的學習與推論均需要半導體運算晶片支持,做為運算核心的AI晶片目前主要有中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、現場可程式化閘極陣列(FPGA)與特殊應用積體電路(ASIC)四種。在生成式AI風潮帶動下,全球對雲端及邊緣AI晶片均產生強烈需求。

隨著AI對算力需求持續攀升,AI晶片除透過先進製程演進,將AI晶片內的電晶體數量持續提升外,AI晶片設計者亦優化晶片架構,將晶片設計改成多層電路堆疊的立體電路架構,再透過封裝技術將網通、記憶體等不同的晶片搭配並進行整合,讓AI晶片的電晶體密度提升,且因晶片整合封裝後,訊號傳輸距離縮短,可降低訊號傳輸時的功耗,進而提高AI晶片效能。這種將多種晶片用水平或垂直整合方式的封裝技術即是先進封裝。

CoWoS懶人包
CoWoS懶人包

其中台積電(2330)的CoWoS先進封裝製程技術是目前AI晶片主要採用的先進封裝技術,包括輝達(NVIDIA)B200與超微(AMD)MI325X等新興AI晶片均採用台積電CoWoS先進封裝製程,將高速運算晶片與高頻寬記憶體(HBM)等晶片進行整合連接,滿足AI運算時所需要的高速數據交換以及低延遲、低耗能等高效性能需求。

全球對AI晶片強烈需求下,先進封裝需求亦被帶動發展,除台積電外,包含晶圓代工業者聯電,IDM業者Samsung、Intel,以及封測業者日月光、Amkor、長電科技、力成等,均積極投入先進封裝研發與相關布局。多家研調機構數據指出,先進封裝市場規模從2023年到2028年的年複合成長率將超過10%,且在2025年後先進封裝市場將超越傳統封裝市場,成為封裝市場主流。

次世代通訊、自駕車等新興應用興起,這些高速運算與數據傳輸晶片亦需要先進封裝技術進行整合,也讓先進封裝產能更吃緊。如輝達、Broadcom與超微等大廠紛紛爭搶台積電CoWoS產能,讓台積電未來兩年內的先進封裝CoWoS產能被全數下訂。故台積電自2023年起開始擴增CoWoS產能,且2024年與2025年將持續擴增。

英特爾、三星亦投入並擴增先進封裝產能,英特爾相繼推出EMIB 2.5D/3.5D、Foveros 3D等先進封裝技術。除在美國的封裝廠外,並在馬來西亞建置新廠,未來先進封裝產能將較2023年擴增四倍;三星已有NAND等記憶體的垂直堆疊以及矽穿孔(TSV)等先進封裝技術外,並應用既有半導體或顯示器產線進行改造,持續擴充先進封裝產線。

由於台積電等先進封裝產能不足,促使輝達、超微、Apple等AI晶片大廠積極建立先進封裝供應商,吸引聯電、力積電等業者,以及日月光、Amkor、力成等封測業者的興趣,加大投資建置產能。

除傳統半導體業者,群創等面板業者亦轉型投入先進封裝市場。與傳統顯示器市場相比,先進封裝市場帶來的附加價值更高,群創將小世代面板廠進行活化,轉型成為FOPLP封裝廠。由於AI運算需求持續提升,AI晶片的尺寸也成長,而玻璃基板尺寸遠大於晶圓尺寸,可提供更大的先進封裝產能及成本優勢。目前群創南科3.5代廠將於2024年第4季量產,並準備啟動第二期擴產計畫,為2025年擴充產能投入量產做好準備。

整體而言,AI晶片需求帶動下,先進封裝技術與重要性日漸提升,相關應用也更廣闊,晶圓廠與封測廠商紛紛投入資源,布局相關技術與產能擴充,希望在先進封裝市場搶得一席之地。因此未來幾年先進封裝的產能將持續增長,以滿足AI晶片成長需求。(作者是資策會MIC資深產業分析師)

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