在ChatGPT、數(shù)據(jù)中心等帶動下，高端GPU需求激增，GPU大廠英偉達迎來“甜蜜的煩惱”。近期，外媒報道由于先進封測產(chǎn)能吃緊，英偉達正考慮增加新供應商，分散HBM3及2.5D封裝訂單。

《The Elec》報道，據(jù)知情人士透露，英偉達正在與三星等潛在供應商進行洽談，作為NVIDIA A100、H100 GPU 2.5D封裝的二級供應商，其他候選供應商還包括美國封測業(yè)者Amkor Technology及日月光投控旗下封測廠矽品。

目前NVIDIA A100、H100 GPU完全由臺積電代工生產(chǎn)，并使用臺積電先進CoWoS封裝技術。然而，隨著生成式AI需求激增，臺積電CoWoS產(chǎn)能嚴重吃緊，出現(xiàn)訂單外溢到其他廠商的現(xiàn)象。

2022年12月，三星成立先進封裝（AVP）部門，搶攻高端封測商機。知情人士表示，如果NVIDIA認可三星2.5D封裝制程的良率，未來可能會將一成的AI GPU封測訂單下單給三星。

面對先進封裝CoWoS產(chǎn)能爆滿，臺積電計劃將CoWoS產(chǎn)能擴張40%以上。報道指出，這表示三星必須盡快通過英偉達的供應商評估，否則訂單可能落空。

此外，為提升整體AI服務器的系統(tǒng)運算效能，以及存儲器傳輸帶寬等，英偉達等高端GPU中大多選擇搭載HBM。三星也有布局HBM，該公司計劃今年開始量產(chǎn)HBM3，正在積極爭取英偉達的HBM3訂單。

受益于AI芯片與HBM需求帶動，先進封裝產(chǎn)能迎來發(fā)展機會。


三星搶奪先進封裝產(chǎn)能

目前，英偉達A100、H100等AI GPU都是使用臺積電的晶圓及其2.5D封裝的前端工藝；而HBM芯片則是由SK海力士獨家供應。

然而，臺積電的產(chǎn)能無力承擔所有2.5D封裝工作量。日前也有報道指出，亞馬遜AWS、博通、思科和賽靈思等公司都提高了對臺積電CoWoS封裝需求，臺積電正積極擴產(chǎn)CoWoS。根據(jù)計劃，臺積電的2.5D封裝產(chǎn)能有望擴大40%以上。

消息人士指出，英偉達正與二級供應商、替代供應商就產(chǎn)量與價格進行談判，潛在供應商包括Amkor、日月光旗下矽品、三星的先進封裝團隊（AVP）。

其中，三星AVP團隊向英偉達提出，可以為整個項目投入大量工程師，他們可接收英偉達從臺積電采購的AI GPU晶圓，再從三星的存儲芯片業(yè)務部門采購HBM3，最后用自家I-Cube 2.5D封裝技術來完成這項產(chǎn)品；且團隊還愿意為英偉達設計中間晶圓。

韓媒報道指出，若這筆交易成功實現(xiàn)，則三星有望獲得英偉達大約10%的AI GPU封裝量，但前提是，三星必須滿足英偉達的要求，并通過其HBM3及2.5D封裝的質量測試。

三星計劃在今年晚些時候開始生產(chǎn)HBM3。公司CEO兼芯片部門負責人京基鉉本月已通過公司內(nèi)部聊天工具透露，公司HBM3產(chǎn)品被一位客戶評為優(yōu)秀產(chǎn)品，預計從明年開始，HBM3和HBM3P將為芯片部門的利潤增長做出貢獻。

三星還致力于在2025年前開發(fā)出無凸塊封裝（bump-less package）。這種封裝主要針對高層 HBM，有助于降低封裝的高度。


代工巨頭“血拼”先進封裝

半個多世紀以來，微電子技術大致遵循著“摩爾定律”快速發(fā)展。但近年來，隨著芯片制程工藝的演進，“摩爾定律”迭代進度放緩，導致芯片的性能增長邊際成本急劇上升。據(jù)IBS統(tǒng)計，在達到 28nm制程節(jié)點以后，如果繼續(xù)縮小制程節(jié)點，每百萬門晶體管的制造成本不降反升。

而另一方面，在摩爾定律減速的同時，計算需求卻在暴漲。隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動駕駛等新興領域的快速發(fā)展，對算力芯片的效能要求越來越高。

后摩爾時代，在計算需求瓶頸、芯片制造面臨物理極限與經(jīng)濟效益邊際提升多重挑戰(zhàn)下，半導體行業(yè)開始探索新的發(fā)展路徑。

其中，先進封裝成為超越摩爾定律方向中的一條重要賽道。

先進封裝在提高芯片集成度、縮短芯片距離、加快芯片間電氣連接速度以及性能優(yōu)化的過程中扮演了更重要角色，正成為助力系統(tǒng)性能持續(xù)提升的重要保障，并滿足“輕、薄、短、小”和系統(tǒng)集成化的需求。

可見，隨著大算力需求提升，以及單芯片向更先進制程推進難度的增大，先進封裝替代先進制程成為降低單位算力成本的關鍵方案。

Yole Group最新的Advanced Packaging Market Monitor數(shù)據(jù)顯示 ，全球先進封裝市場規(guī)模將由2022年的443億美元，增長到2028年的786億美元，年復合成長率（CAGR）為10.6%。

市場潛力之下，前后道頭部廠商紛紛搶灘，積極投資先進封裝技術。

從晶圓代工廠商動態(tài)來看，在代工制程按照摩爾定律飛速發(fā)展的甜蜜期，封裝并沒有進入晶圓代工廠的視野。然而，近幾年來隨著摩爾定律失速，先進制程的成本快速提升，一些晶圓代工大廠的發(fā)展重心正在從過去追求更先進納米制程，轉向封裝技術的創(chuàng)新。諸如臺積電、英特爾、三星、聯(lián)電等芯片制造廠商紛紛跨足封裝領域，先進封裝技術無疑成為代工巨頭角逐的重要戰(zhàn)場。


先進封裝的市場現(xiàn)狀

TrendForce 報告指出，聊天機器人等生成式 AI 應用 爆發(fā)式增長，帶動 2023 年 AI 服務器開發(fā)大幅擴張。這種對高端 AI 服務器的依 賴，需要使用高端 AI 芯片，這不僅將拉動 2023~2024 年 HBM 的需求，而且預計 還將在 2024 年帶動先進封裝產(chǎn)能增長 30~40%。先進封裝增速高于整體封裝，2.5D/3D 封裝增速居先進封裝之首。

根據(jù) Yole，2021 年，先進封裝市場規(guī)模約 375 億美元，占整體封裝市場規(guī)模的 44%，預計到 2027 年將提升至占比 53%，約 650 億美元，CAGR21-27為 9.6%，高于整體封裝市場規(guī)模 CAGR21-27 6.3%。

先進封裝中的 2.5D/3D 封裝多應用于(x)PU, ASIC, FPGA, 3D NAND, HBM, CIS 等，受數(shù)據(jù)中心、高性能計算、自動駕駛等應用的驅動，2.5D/3D 封裝市場收入規(guī)模 CAGR21-27高達 14%，在先進封裝多個細分領域中位列第一。


從產(chǎn)業(yè)鏈分析先進封裝的投資機會

先進封裝處于晶圓制造與封測制程中的交叉區(qū)域，涉及 IDM、晶圓代工、封 測廠商。先進封裝要求在晶圓劃片前融入封裝工藝步驟，具體包括應用晶圓研磨 薄化、重布線（RDL）、凸塊制作（Bumping）及硅通孔（TSV）等工藝技術，涉及 與晶圓制造相似的光刻、顯影、刻蝕、剝離等工序步驟，從而使得晶圓制造與封 測前后道制程中出現(xiàn)中道交叉區(qū)域。

1.封測端：

算力芯片廣泛采用的 2.5D/3D 封裝方案是對傳統(tǒng)封裝的重大升級，但封測廠商仍將扮演重要地位。

通富微電已經(jīng)具備 7nm Chiplet 規(guī)模量產(chǎn)能力，并持續(xù)與 AMD 等龍 頭廠商加深合作；長電科技推出 XDFOI?技術方案，已經(jīng)實現(xiàn)國際客戶 4nm 節(jié)點 Chiplet 產(chǎn)品的量產(chǎn)出貨。

此外，先進封裝加速了晶圓級封裝的需求，國內(nèi)諸多封測廠商都具備晶圓級封裝能力，諸如長電科技、通富微電、華天科技、甬矽電子、盛合晶微等，有望迎來晶圓級封裝的需求增量。

2.設備端：

Chiplet 技術帶來芯片數(shù)量的增長，測試設備用量。此外 Chiplet 技術還增加了晶圓級封裝的需求，諸多晶圓制造設備迎來需求增量。

1）晶圓級封裝設備。晶圓級封裝需要的設備與前道晶圓制造類似，涉及光 刻機、涂膠顯影設備、薄膜設備、電鍍設備、刻蝕設備、清洗設備、量測設備等。國產(chǎn)諸多公司都有相關業(yè)務：北方華創(chuàng)（刻蝕、薄膜、清洗等）、芯源微（涂膠 顯影、清洗）、盛美上海（電鍍、清洗、涂膠顯影、拋光）、中科飛測（檢測）等。

2）后道封測設備。Chiplet 封裝依舊需要和傳統(tǒng)封裝類似的封裝和測試環(huán)節(jié)，有望成為國產(chǎn)封測設備廠商成長的新動力，包括：封裝設備廠商新益昌、ASMP； 測試設備廠商長川科技、華峰測控、金海通等。

3.材料端：

Chiplet 技術對芯片的高速互聯(lián)需求增長，帶來高速封裝基板需求，此外高端封裝耗材的用量亦會有所增加。

Chiplet 技術發(fā)展增大芯片封裝面積，提升 ABF 載板用量。從生產(chǎn)端來看，日本、中國臺灣和韓國主導了全球 ABF 載板生產(chǎn)，2021 年這三大地區(qū)的市場份額分別為 25%、44%和 9.9%。

未來隨著 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能運算芯片需求增長以及 Chiplet 技術的廣泛應用，ABF 載板的需求量將進一步提升。國內(nèi)廠商如華正新 材、生益科技、方邦股份、興森科技、深南電路等正在加快核心技術研發(fā)，力爭打破海外壟斷格局。