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先進(jìn)制程三巨頭將掀起3D封裝排位賽

02/19 12:50
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近日,英特爾宣布其首個3D封裝技術(shù)Foveros已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。與此同時,三星也在積極開發(fā)其3D封裝技術(shù)X-Cube,并表示將在2024年量產(chǎn)。

3D封裝的理論已經(jīng)提出多年,但是由于技術(shù)難度比較大,能量產(chǎn)3D封裝的企業(yè)并不多。2022年,臺積電成為業(yè)內(nèi)首家量產(chǎn)3D封裝的廠商,而隨著英特爾3D封裝量產(chǎn)的到來以及三星3D封裝技術(shù)的漸行漸近,先進(jìn)制程三巨頭在3D封裝市場的排位賽也即將開啟。

3D封裝成AI芯片制勝法寶

業(yè)內(nèi)對臺積電CoWos等2.5D封裝已經(jīng)供不應(yīng)求。隨著業(yè)內(nèi)對于AI芯片算力的需求不斷提升,這一現(xiàn)象將很快蔓延到3D封裝領(lǐng)域, 3D封裝甚至將成為AI芯片的制勝法寶。

臺積電SoIC是業(yè)內(nèi)第一個高密度3D chiplet堆迭技術(shù),需求量持續(xù)走高。據(jù)了解,目前臺積電SoIC技術(shù)月產(chǎn)能約為1900片,預(yù)計2024年月產(chǎn)能將超過3000片,增幅近60%;2027年的月產(chǎn)能有望拉升到7000片以上,是2023年月產(chǎn)能的約3.7倍。

來源:臺積電此前,英國AI芯片公司Graphcore發(fā)布了世界上首顆采用臺積電SoIC 3D封裝技術(shù)的AI芯片,芯片性能提升了40%,并首次突破7納米工藝極限。該款芯片的出現(xiàn),也展示了3D封裝技術(shù)在AI芯片領(lǐng)域的巨大潛力。如今,蘋果、AMD等業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)都成為了臺積電3D封裝的客戶。

臺積電3D封裝與其2.5D封裝對比圖(圖片來源:臺積電)

芯謀研究副總監(jiān)嚴(yán)波對《中國電子報》記者表示,隨著芯片制程接近物理極限,芯片加工工藝受限,人們很難在單個芯片上加工多種線寬。然而,3D封裝技術(shù)允許將不同線寬的芯片拼接在一起,這對于處理大量數(shù)據(jù)的AI芯片非常有利。這種技術(shù)可以有效地提高數(shù)據(jù)搬運(yùn)、處理和功耗控制能力,減少訪問延遲,降低發(fā)熱。此外,如果將所有功能都集成在一個AI芯片上,設(shè)計會變得非常復(fù)雜且成本高昂。3D封裝允許在芯片設(shè)計階段,將大規(guī)模的芯片按功能模塊分解為芯粒。這種模塊化設(shè)計可以使部分芯粒在不同的芯片產(chǎn)品中重復(fù)使用,從而大大降低設(shè)計難度和成本,并加速產(chǎn)品的上市周期。同時,從制造工藝的角度看,將大芯片分解為多個芯粒也可以降低制造成本,提高良率。

咨詢公司Yole Intelligence稱,未來,全球先進(jìn)芯片封裝市場規(guī)模預(yù)計將從2022年的443億美元增長到2027年的660億美元,3D封裝預(yù)計將占四分之一左右的市場規(guī)模。

英特爾成為AI芯片3D封裝供應(yīng)商

隨著AI芯片對3D封裝的需求不斷增長,僅臺積電一家公司的3D封裝產(chǎn)能難以滿足龐大的市場需求。剛剛實(shí)現(xiàn)3D封裝量產(chǎn)的英特爾,或?qū)⒕徑馐袌龅慕箲]。

據(jù)悉,在此前的2D以及2.5D封裝技術(shù)中,英特爾基本上都將其用于生產(chǎn)自家產(chǎn)品。但是在3D封裝領(lǐng)域,英特爾將要開始接受外部訂單,與臺積電展開競爭。

就在不久前,英特爾宣布其首個3D封裝技術(shù)Foveros已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。英特爾相關(guān)負(fù)責(zé)人向《中國電子報》記者透露,英特爾于去年年底發(fā)布的酷睿Ultra處理器已經(jīng)采用了其Foveros 3D封裝技術(shù),而此次宣布量產(chǎn)意味著英特爾可以為客戶大批量生產(chǎn)3D封裝產(chǎn)品。

此外,英特爾近期發(fā)布的2024年財報明確指出,其先進(jìn)封裝代工客戶新增三家。業(yè)內(nèi)猜測,這些客戶中可能有英偉達(dá),并預(yù)計英特爾最快將于2024年第二季度正式加入英偉達(dá)先進(jìn)封裝供應(yīng)鏈行列,為其提供每月高達(dá)5000片的產(chǎn)能。

在先進(jìn)制程領(lǐng)域,英特爾一度落后三星,但是在3D封裝領(lǐng)域英特爾卻先三星一步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),并同樣將在代工市場分一杯羹。

嚴(yán)波認(rèn)為,英特爾的3D封裝技術(shù)之所以能快速發(fā)展,一部分原因是美國建設(shè)本土產(chǎn)業(yè)集群帶來的助推作用。

“雖然英偉達(dá)、AMD等公司的AI芯片仍采用臺積電的先進(jìn)封裝技術(shù),但目前美國是全球大型芯片設(shè)計公司的聚集地,在美國致力于強(qiáng)化半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的背景下,英特爾的先進(jìn)封裝技術(shù)有望迎來本土政策帶來的發(fā)展紅利?!眹?yán)波說。

三星蓄勢待發(fā)

作為代工三巨頭之一,三星正在積極開發(fā)其3D封裝技術(shù)X-Cube,并表示將在2024年量產(chǎn)。同時,其為AI芯片開發(fā)的最新3D封裝技術(shù)SAINT也漸行漸近。

X-Cube是三星在2020年的3D封裝技術(shù)。該技術(shù)是將硅晶圓或芯片物理堆疊,并通過硅通孔(TSV)連接,最大程度上縮短了互聯(lián)長度,在降低功耗的同時提高傳輸速率。

2023年,三星推出了3D封裝技術(shù)SAINT,主要有三種方案:在垂直堆疊SRAM內(nèi)存芯片CPU中采用的SAINTS;在CPU、GPU等處理器和DRAM內(nèi)存中使用的SAINT D;在堆疊應(yīng)用處理器(AP)中使用的SAINTL。其中,SAINT S技術(shù)已經(jīng)通過了目前的驗(yàn)證測試。三星很有可能將SAINT這一技術(shù)應(yīng)用于集成高性能芯片所需的存儲器和處理器,其中就包括AI芯片。

有消息稱,三星內(nèi)部正考慮將其SAINT 3D封裝技術(shù)應(yīng)用于Exynos系列移動處理器上,以進(jìn)一步提高Exynos處理器的整體性能和生產(chǎn)效率。而在為客戶代工方面,還需要與客戶進(jìn)一步測試后才能推出商用服務(wù)。此外,還有消息稱,三星的SAINT封裝技術(shù)將為英偉達(dá)的Blackwell AI加速器生產(chǎn)關(guān)鍵組件。

目前,臺積電在先進(jìn)封裝領(lǐng)域已經(jīng)具備了較大的技術(shù)和生產(chǎn)優(yōu)勢,而英特爾也在美國政府的扶持下不斷拓展其3D封裝的客戶。在競爭如此激烈的當(dāng)下,三星需要通過加大研發(fā)投入、提高生產(chǎn)效率以及優(yōu)化產(chǎn)品定價等方式來提升自身的競爭力,贏得市場份額。

作者丨沈叢編輯丨張心怡美編丨馬利亞監(jiān)制丨連曉東

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