晶圓廠大戰(zhàn)先進(jìn)封裝 臺積電穩(wěn)居龍頭

根據(jù) LexisNexis 的數(shù)據(jù)，中國臺灣芯片制造商臺積電開發(fā)了最廣泛的先進(jìn)芯片封裝專利庫，其次是三星電子和英特爾。先進(jìn)芯片封裝是從最新芯片設(shè)計中榨取最大馬力的關(guān)鍵技術(shù)，對于芯片代工制造商爭奪業(yè)務(wù)至關(guān)重要。

LexisNexis 上個月發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，臺積電和三星多年來一直在先進(jìn)封裝技術(shù)上穩(wěn)步投資，而英特爾沒有跟上自己的申請步伐。

據(jù)數(shù)據(jù)和分析公司 LexisNexis 稱，臺積電擁有 2,946 項先進(jìn)封裝專利，并且質(zhì)量最高，衡量標(biāo)準(zhǔn)包括這些專利被其他公司引用的次數(shù)。根據(jù) LexisNexis 的數(shù)據(jù)，三星電子在專利數(shù)量和質(zhì)量方面排名第二，擁有 2,404 項專利。英特爾排名第三，其先進(jìn)封裝產(chǎn)品組合擁有 1,434 項專利。

LexisNexis PatentSight 董事總經(jīng)理 Marco Richter 在接受采訪時表示：“他們似乎推動了該領(lǐng)域的發(fā)展，并制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。”他指的是臺積電、三星和英特爾。

數(shù)據(jù)顯示，自 2015 年左右以來，英特爾、三星和臺積電一直在穩(wěn)步投資先進(jìn)封裝技術(shù)，三者當(dāng)時都開始增加其專利組合。這三個企業(yè)是世界上唯一擁有或計劃部署該技術(shù)來制造最復(fù)雜、最先進(jìn)芯片的公司。

先進(jìn)封裝對于改進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計至關(guān)重要，因為將更多晶體管封裝到單片硅上變得更加困難。封裝技術(shù)使業(yè)界能夠?qū)⒍鄠€稱為“小芯片”的芯片（堆疊或彼此相鄰）縫合在同一個容器內(nèi)。

AMD的小芯片技術(shù)幫助其服務(wù)器芯片獲得了超越英特爾的優(yōu)勢。該部門負(fù)責(zé)人 Moonsoo Kang 在一份聲明中表示，三星多年來一直在先進(jìn)封裝方面進(jìn)行投資，但這家韓國芯片巨頭于 2022 年 12 月成立了一個專門團(tuán)隊來追求先進(jìn)封裝。

英特爾對臺積電專利組合規(guī)模表明其已經(jīng)開發(fā)出更先進(jìn)技術(shù)的觀點提出質(zhì)疑。英特爾知識產(chǎn)權(quán)法律小組副總裁本杰明·奧斯塔普克(Benjamin Ostapuk)在一份聲明中表示，該公司的專利保護(hù)其知識產(chǎn)權(quán)，其專利投資都是經(jīng)過精心挑選的。

臺積電拒絕置評。

先進(jìn)封裝技術(shù)，突破半導(dǎo)體極限

三星半導(dǎo)體在官方博客中表示，過去，半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)注的是在同樣大小的芯片上可以放置多少更小更多的晶體管。早前，戈登摩爾（Gordon Moore）曾說，芯片中晶體管的密度每24個月翻一番，這就是我們熟知的“摩爾定律”。如今，摩爾定律隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的步伐逐漸改變，但因已遵守了50多年，它仍被認(rèn)為是半導(dǎo)體發(fā)展的一個基本原則。

隨著智能手機(jī)技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、AI、大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展，半導(dǎo)體計算性能需求迅速提高。然而，因技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新的速度逐漸趨緩，半導(dǎo)體工藝的微型化已逐漸接近物理極限，密度增加的速度也正漸緩。換句話說，摩爾定律正接近極限。

我們還期盼能創(chuàng)造一種集模擬、RF無線通信等功能于一身的多功能半導(dǎo)體，但是，隨著半導(dǎo)體工藝的日益微型化，保持模擬性能變得越來越困難。因此，僅通過基于摩爾定律的工藝微型化，確實難以滿足這種多功能需求。

為了克服半導(dǎo)體技術(shù)的這些局限，我們需要一種超越摩爾定律的新方法，我們稱之為“超越摩爾”（Beyond Moore）。

通過先進(jìn)封裝技術(shù)（Advanced Package），我們意在邁向“超越摩爾”時代。異構(gòu)集成（Heterogeneous Integration），即橫向和縱向連接多個半導(dǎo)體，可將更多的晶體管裝在一個更小的半導(dǎo)體上，準(zhǔn)確地說是在更小的半導(dǎo)體封裝內(nèi)，從而提供比其各部分之和更大的功用。

市場研究表示，從2021年到2027年，先進(jìn)封裝的市場份額預(yù)計將見9.6%的年復(fù)合增長率。其中特別是采用異構(gòu)集成技術(shù)的2.5D和3D封裝，更預(yù)計可達(dá)14%，高于整個先進(jìn)封裝市場的增長水平。

各界對先進(jìn)封裝技術(shù)的研究和開發(fā)（R&D）的興趣亦日漸濃厚。2月，韓國方面，由產(chǎn)業(yè)通商資源部主導(dǎo)，開展了半導(dǎo)體封裝技術(shù)發(fā)展論壇，美國方面的重要研發(fā)組織于22年4月宣布為先進(jìn)封裝相關(guān)領(lǐng)域提供大量新預(yù)算。日本也正關(guān)注先進(jìn)封裝，通過提供補(bǔ)貼和基建等方面的激勵措施，吸引私人封裝研究機(jī)構(gòu)，并建立封裝研討會。

先進(jìn)封裝技術(shù)重要性日益凸顯。據(jù)此，三星電子于2022年12月，在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門內(nèi)成立了先進(jìn)封裝（AVP）業(yè)務(wù)團(tuán)隊，以加強(qiáng)先進(jìn)封裝技術(shù)，并在各業(yè)務(wù)部門之間創(chuàng)造協(xié)同效應(yīng)。

三星電子更具備集內(nèi)存、代工和封裝業(yè)務(wù)于一體的優(yōu)勢。以這些優(yōu)勢，并通過其異構(gòu)集成技術(shù)，三星可提供有競爭力的2.5D和3D封裝，利用EUV（極紫外光刻）將出色的邏輯半導(dǎo)體與高性能的內(nèi)存半導(dǎo)體如HBM（高帶寬存儲）結(jié)合起來。

AVP業(yè)務(wù)團(tuán)隊的先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)模式，可為客戶提供高性能和低功耗解決方案的一站式服務(wù)。團(tuán)隊將直接與客戶溝通，為客戶和產(chǎn)品量身定制先進(jìn)封裝技術(shù)和解決方案，并將其商業(yè)化。AVP團(tuán)隊還將特別致力于開發(fā)基于RDL3（重布線層）、Si Interposer（硅中介層）/Bridge（硅橋接）和TSV（硅通孔）堆疊技術(shù)的下一代2.5D和3D高級封裝解決方案。

AVP業(yè)務(wù)團(tuán)隊的目標(biāo)是“超連接性”。“超連接性”意味著創(chuàng)造巨大的協(xié)同效應(yīng)，而不僅僅是將每個半導(dǎo)體的性能和功能相加。我們的目標(biāo)是超越連接，將半導(dǎo)體與世界、人與人、客戶的想象力與現(xiàn)實連接起來。

三星電子正實施具競爭力的開發(fā)和生產(chǎn)戰(zhàn)略，具備包括適應(yīng)大面積化趨勢的專有封裝技術(shù)。在這些基礎(chǔ)上，我們將得以及時響應(yīng)客戶的要求。通過以客戶為中心的業(yè)務(wù)發(fā)展，我們希望能夠成長為一個令世界都耳目一新的AVP業(yè)務(wù)團(tuán)隊。

落后于臺積電，難搶AI芯片訂單

據(jù) BusinessKorea 報道，英偉達(dá)占據(jù)了全球 AI GPU 市場 90% 以上的份額，這也讓其芯片的代工權(quán)成為廠商們爭奪的焦點。

目前，因用于 ChatGPT 而聞名的英偉達(dá)旗艦芯片 A100 和 H100 GPU 正由臺積電獨家供應(yīng)。IT之家此前報道，由于這兩款芯片供不應(yīng)求，臺積電 6 月初已決定應(yīng)英偉達(dá)的要求擴(kuò)大封裝產(chǎn)能。

臺積電之所以能獨家代工英偉達(dá)芯片，主要歸功于 CoWoS 這一先進(jìn)封裝技術(shù)。隨著超微制造工藝最近達(dá)到人類頭發(fā)絲厚度百分之二十的水平，封裝技術(shù)作為提高半導(dǎo)體性能的一種方式，其重要性愈發(fā)突出。

在封裝過程中，將芯片以 3D 方式進(jìn)行立體堆疊，可縮短它們之間的距離，從而使芯片之間的連接速度更快。這種封裝方式可帶來高達(dá) 50% 甚至更多的巨大性能提升。

臺積電于 2012 年首次引入 CoWoS 技術(shù)，此后不斷升級其封裝能力。如今，英偉達(dá)、蘋果和 AMD 的旗艦產(chǎn)品都離不開臺積電及其先進(jìn)封裝技術(shù)的支持。這也解釋了為什么三星電子在 2022 年領(lǐng)先臺積電一步完成了 3nm 量產(chǎn)，但英偉達(dá)和蘋果等巨頭仍然希望使用臺積電的生產(chǎn)線。

為了超越臺積電的 CoWoS，三星正在開發(fā)更先進(jìn)的 I-cube 和 X-cube 封裝技術(shù)。此外有消息稱，三星將研究重點放在了 3D 封裝上，將多個芯片垂直堆疊以提高性能。一位半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士表示：“很快三星和臺積電在封裝上就會發(fā)生正面沖突?！?/p>

英特爾，意外取得突破

在剛過去的財務(wù)季，英特爾晶圓代工服務(wù)（IFS）營收暴增307%，達(dá)2.32億美元，但目前仍是貢獻(xiàn)營收占比最低的一個事業(yè)單位。Gelsinger透露，IFS部分營收成長來自于先進(jìn)封裝，「業(yè)界對于先進(jìn)封裝有很大的興趣，因為這對于高效能運算（HPC）與人工智能（AI）應(yīng)用而言是必不可少的」，預(yù)期未來還會帶來比現(xiàn)在多得多的業(yè)績。

英特爾財務(wù)長David Zinsner指出，旗下晶圓廠產(chǎn)能未達(dá)滿載狀態(tài)的相關(guān)問題，未來幾季還是會持續(xù)下去，但好消息是，情況已經(jīng)逐漸緩解當(dāng)中。而談到新制程進(jìn)展，Gelsinger則表示，目前按部就班進(jìn)行當(dāng)中，甚至進(jìn)度還有一點超前。

審核編輯：劉清