熬出頭的CoWoS

據(jù)中國臺灣媒體報道，臺積電正在擴大 CoWoS 先進封裝產(chǎn)能，以滿足客戶，尤其是 AI 芯片領域的需求。英偉達等大客戶增加了對 CoWoS 封裝的訂單量，AMD、亞馬遜等其他大廠也出現(xiàn)了緊急訂單。為了滿足這些需求，臺積電已要求設備供應商增加 CoWoS 機臺的生產(chǎn)數(shù)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，帶動聯(lián)電、日月光投控等 CoWoS 先進封裝中介層供應商接單量，并傳出后者要漲價的消息。

CoWoS 也曾「煎熬」

CoWoS 是臺積電獨門技術，2012 年即推出。不過，由于成本昂貴，因而推出后除了賽靈思等少數(shù)客戶采用，之后便乏人問津。

不過隨著 AI 熱潮引爆，臺積電 CoWoS 封裝技術也熬出頭，產(chǎn)能大爆發(fā)。臺積電總裁魏哲家在本月 20 日法說會上坦言，AI 相關需求增加，預測未來五年內將以接近 50％的年平均成長率成長，并占臺積電營收約 1 成，臺積電也決定將資本支出中加重在 CoWoS 先進封裝產(chǎn)能的建置，且是越快越好（As quickly as possible）！

隨著 ChatGPT 橫空出世，生成式 AI 紅遍全球，帶動 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 先進封裝技術，除了英偉達外，AMD MI300 也導入 CoWoS 技術，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(jié)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(tǒng)的芯片封裝技術，CoWoS 技術有以下幾個優(yōu)勢：

高度密集：此技術可以使多個芯片在一個封裝中實現(xiàn)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，此技術還可以有效地縮短電子器件的信號傳輸距離，從而減少傳輸時延和能量損失。

高性價比：CoWoS 技術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(tǒng)封裝技術中的繁瑣步驟（例如銅線纏繞、耗材成本高等），從而可以提高生產(chǎn)效率和降低成本。

CoWoS 技術是目前 HBM 與 CPU/GPU 處理器集成的主流方案。HBM 的高焊盤數(shù)和短跡線長度要求需要 2.5D 先進封裝技術，目前幾乎所有的 HBM 系統(tǒng)都封裝在 CoWoS 上，而高端 AI 服務器基本都使用 HBM，因此幾乎所有領先的數(shù)據(jù)中心 GPU 都是臺積電封裝在 CoWos 上的。

高端芯片走向多個小芯片、內存，堆疊成為必然發(fā)展趨勢，CoWoS 封裝技術應用的領域廣泛，包含高效能運算 HPC、AI 人工智能、數(shù)據(jù)中心、5G、物聯(lián)網(wǎng)、車用電子等等，可以說在未來的各大趨勢，CoWoS 封裝技術會扮演著相當重要的地位。

漲價和擴產(chǎn)進程

今年是 AI 爆火的一年。隨著 ChatGPT 橫空出世，生成式 AI 紅遍全球，帶動 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 先進封裝技術，除了英偉達外，AMD MI300 也導入 CoWoS 技術，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。此舉旨在滿足全球電子產(chǎn)品和芯片市場的旺盛需求，同時提升公司在全球半導體市場的競爭力。

7 月，臺積電董事長劉德音表示，臺積電自有先進封裝產(chǎn)能去年迄今幾乎翻倍增長，今年到明年若又要翻倍，「確實是挑戰(zhàn)」。為應對明年先進封裝的 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?zhí)稊U張 CoWoS 產(chǎn)能，很多計劃都會積極推動，希望應對客戶即時需求。臺積電也在近期的法說會上稱，當前 AI 芯片相關產(chǎn)能瓶頸主要集中在后端的 CoWoS 環(huán)節(jié)，臺積電正在與客戶緊密合作擴張產(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)能不足問題，臺積電宣布規(guī)劃斥資近 900 億元新臺幣，在中國臺灣竹科銅鑼科學園區(qū)設先進封裝晶圓廠。經(jīng)過兩個月的跨部門協(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(qū)約 7 公頃土地。新工廠預計 2026 年底建成，2027 年第三季度開始量產(chǎn)。

8 月摩根大通指出，AI 需求下半年持續(xù)強勁，臺積電 CoWoS 產(chǎn)能擴張進度將超出預期，明年底前產(chǎn)能翻揚至每月 2.8 萬～3 萬片，并將在 2024 年下半年明顯加速。同時，非臺積電陣營的類 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 萬～190 萬套 H100 芯片，接下來需求量較大的則是博通、亞馬遜網(wǎng)絡服務的 Inferentia 芯片與賽靈思。放眼 2024 年，因臺積電產(chǎn)能持續(xù)擴張，可供應英偉達所需的 H100 芯片數(shù)量上看 410 萬～420 萬套。

9 月，又有消息傳出臺積電正在著手將急單的 CoWoS 價格提高 20%，這也暗示著，困擾整個產(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(qū)總經(jīng)理 Steven Long 8 月下旬表示，英特爾正在馬來西亞檳城興建封測廠，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之后，首座在美國之外采用英特爾 Foveros 先進封裝架構的 3D 封裝廠。

而英特爾副總裁 Robin Martin 受訪時也透露，未來檳城新廠將成為公司最大的 3D 先進封裝據(jù)點。除了檳城的 3D 封測廠之外，英特爾還將在馬來西亞另一居林高科技園區(qū)興建另一座組裝測試廠。全部完工后，英特爾在馬來西亞的封測廠將增至六座。

英特爾的先進封裝包括 2.5D EMIB 與 3D Foveros 方案。

公司并未透露現(xiàn)階段其 3D Foveros 封裝的總產(chǎn)能，但其表示，美國奧勒岡州廠、新墨西哥州及檳城新廠三廠疊加，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封裝產(chǎn)能，目前建廠仍在進行中。英特爾沒有進一步透露檳城新廠的確切落成時程，外界預估，該廠將于 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)電最近也在先進封裝方面頻頻發(fā)力。根據(jù)該公司官網(wǎng)資料，聯(lián)電是全球首個提供硅中介層制造開放解決方案的代工廠，即通過聯(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），然后交由封測廠完成中段 MEoL 和后段 BEoL 工序。

在 7 月 28 日的日月光法說會上，該公司已經(jīng)證實，正在與代工廠合作中介層相關技術，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格，并啟動產(chǎn)能倍增計劃應對客戶需求，日月光先進封裝報價也可能漲價。

CoWoS 的瓶頸：能笑到最后？

容量問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 的高焊盤數(shù)和短走線長度要求需要 CoWoS 等 2.5D 先進封裝技術來實現(xiàn) PCB 甚至封裝基板上無法實現(xiàn)的密集、短連接。CoWoS 是主流封裝技術，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(tǒng)都封裝在 CoWoS 上，并且所有高級 AI 加速器都使用 HBM，因此，幾乎所有領先的數(shù)據(jù)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 來說沒有意義。SoIC 在互連密度方面處于不同的數(shù)量級，并且更適合通過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，用于將多個 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 (其中一些用于網(wǎng)絡 GPU 集群，如 Broadcom 的 Jericho3-AI)、超級計算和 FPGA，但絕大多數(shù) CoWoS 需求來自人工智能。與半導體供應鏈的其他部分不同，其他主要終端市場的疲軟意味著有足夠的閑置空間來吸收 GPU 需求的巨大增長，CoWoS 和 HBM 已經(jīng)是大多數(shù)面向人工智能的技術，因此所有閑置空間已在第一季度被吸收。隨著 GPU 需求的爆炸式增長，供應鏈中的這些部分無法跟上并成為 GPU 供應的瓶頸。