熬出頭的CoWoS

據中國臺灣媒體報道，臺積電正在擴大 CoWoS 先進封裝產能，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 機臺的生產數量，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)（例如互聯網、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據中心 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、數據中心、5G、物聯網、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 產能供不應求

6 月份，臺積電宣布計劃擴充 CoWoS 封裝產能，預計下半年月產能將增加 3000 片。此舉旨在滿足全球電子產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 產能擴產，甚至把一些 InFO 產能挪到南科去，臺積電希望能在龍?zhí)稊U張 CoWoS 產能，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能，預計 CoWoS 的產能緊張將于 2024 年底得到緩解，2024 年的 CoWoS 產能將達到 2023 年水平的約兩倍。為了應對產能不足問題，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。經過兩個月的跨部門協商，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。

8 月摩根大通指出，AI 需求下半年持續(xù)強勁，臺積電 CoWoS 產能擴張進度將超出預期，明年底前產能翻揚至每月 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 180 萬～190 萬套 H100 芯片，接下來需求量較大的則是博通、亞馬遜網絡服務的 Inferentia 芯片與賽靈思。放眼 2024 年，因臺積電產能持續(xù)擴張，可供應英偉達所需的 H100 芯片數量上看 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，困擾整個產業(yè)鏈已久的 CoWoS 產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。

公司并未透露現階段其 3D Foveros 封裝的總產能，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。

聯電最近也在先進封裝方面頻頻發(fā)力。根據該公司官網資料，聯電是全球首個提供硅中介層制造開放解決方案的代工廠，即通過聯電+OSAT 的合作模式，由聯電完成前段 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。

近日業(yè)界傳出，聯電已針對超急件的中介層訂單調漲價格，并啟動產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 的高焊盤數和短走線長度要求需要 CoWoS 等 2.5D 先進封裝技術來實現 PCB 甚至封裝基板上無法實現的密集、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，幾乎所有領先的數據中心 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，例如網絡 (其中一些用于網絡 GPU 集群，如 Broadcom 的 Jericho3-AI)、超級計算和 FPGA，但絕大多數 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 已經是大多數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。