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近日，英特爾宣布其首個3D封裝技術Foveros已實現大規(guī)模量產。與此同時，三星也在積極開發(fā)其3D封裝技術X-Cube，并表示將在2024年量產。
3D封裝的理論已經提出多年，但是由于技術難度比較大，能量產3D封裝的企業(yè)并不多。2022年，臺積電成為業(yè)內首家量產3D封裝的廠商，而隨著英特爾3D封裝量產的到來以及三星3D封裝技術的漸行漸近，先進制程三巨頭在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)內對臺積電CoWos等2.5D封裝已經供不應求。隨著業(yè)內對于AI芯片算力的需求不斷提升，這一現象將很快蔓延到3D封裝領域， 3D封裝甚至將成為AI芯片的制勝法寶。
臺積電SoIC是業(yè)內第一個高密度3D chiplet堆迭技術，需求量持續(xù)走高。據了解，目前臺積電SoIC技術月產能約為1900片，預計2024年月產能將超過3000片，增幅近60%；2027年的月產能有望拉升到7000片以上，是2023年月產能的約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，也展示了3D封裝技術在AI芯片領域的巨大潛力。如今，蘋果、AMD等業(yè)內龍頭企業(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封裝技術允許將不同線寬的芯片拼接在一起，這對于處理大量數據的AI芯片非常有利。這種技術可以有效地提高數據搬運、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，設計會變得非常復雜且成本高昂。3D封裝允許在芯片設計階段，將大規(guī)模的芯片按功能模塊分解為芯粒。這種模塊化設計可以使部分芯粒在不同的芯片產品中重復使用，從而大大降低設計難度和成本，并加速產品的上市周期。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，全球先進芯片封裝市場規(guī)模預計將從2022年的443億美元增長到2027年的660億美元，3D封裝預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封裝產能難以滿足龐大的市場需求。剛剛實現3D封裝量產的英特爾，或將緩解市場的焦慮。
據悉，在此前的2D以及2.5D封裝技術中，英特爾基本上都將其用于生產自家產品。但是在3D封裝領域，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Foveros已實現大規(guī)模量產。英特爾相關負責人向《中國電子報》記者透露，英特爾于去年年底發(fā)布的酷睿Ultra處理器已經采用了其Foveros 3D封裝技術，而此次宣布量產意味著英特爾可以為客戶大批量生產3D封裝產品。
此外，英特爾近期發(fā)布的2024年財報明確指出，其先進封裝代工客戶新增三家。業(yè)內猜測，這些客戶中可能有英偉達，并預計英特爾最快將于2024年第二季度正式加入英偉達先進封裝供應鏈行列，為其提供每月高達5000片的產能。
在先進制程領域，英特爾一度落后三星，但是在3D封裝領域英特爾卻先三星一步實現量產，并同樣將在代工市場分一杯羹。
嚴波認為，英特爾的3D封裝技術之所以能快速發(fā)展，一部分原因是美國建設本土產業(yè)集群帶來的助推作用。
“雖然英偉達、AMD等公司的AI芯片仍采用臺積電的先進封裝技術，但目前美國是全球大型芯片設計公司的聚集地，在美國致力于強化半導體供應鏈的背景下，英特爾的先進封裝技術有望迎來本土政策帶來的發(fā)展紅利?！眹啦ㄕf。
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X-Cube，并表示將在2024年量產。同時，其為AI芯片開發(fā)的最新3D封裝技術SAINT也漸行漸近。
X-Cube是三星在2020年的3D封裝技術。該技術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SAINT，主要有三種方案：在垂直堆疊SRAM內存芯片和CPU中采用的SAINTS；在CPU、GPU等處理器和DRAM內存中使用的SAINT D；在堆疊應用處理器（AP）中使用的SAINTL。其中，SAINT S技術已經通過了目前的驗證測試。三星很有可能將SAINT這一技術應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，三星內部正考慮將其SAINT 3D封裝技術應用于Exynos系列移動處理器上，以進一步提高Exynos處理器的整體性能和生產效率。而在為客戶代工方面，還需要與客戶進一步測試后才能推出商用服務。此外，還有消息稱，三星的SAINT封裝技術將為英偉達的Blackwell AI加速器生產關鍵組件。
目前，臺積電在先進封裝領域已經具備了較大的技術和生產優(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下，三星需要通過加大研發(fā)投入、提高生產效率以及優(yōu)化產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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