芯片封装:藏在算力浪潮下的隐形革命

所有人都在盯着制程。 3nm、2nm,好像谁先摸到谁就能拿算力时代的船票。 可你有没有注意到,英伟达H100能跑出现在的AI性能,一半功劳不在3nm制程,在台积电的CoWoS封装。 制程战打到3nm,卡脖子的地方早就换了。 先进封装已经从芯片制造的末端配套,变成了决定高端芯片性能的核心环节。

封装早就不是你理解的”套壳”

很多人对封装的印象还停留在:把做好的芯片切下来,包个塑料壳,焊上引脚,出厂完事。说白了就是个体力活,赚点加工费。 这个认知放在十年前没错,放在今天完全错了。 传统封装的核心是保护芯片、连通电路,先进封装的核心是堆叠芯片、突破摩尔定律。 摩尔定律走到今天,单位面积的晶体管密度越来越难提升,做一块大尺寸的高端芯片,良率低到离谱——一块面积超过800平方毫米的7nm芯片,良率可能不到30%,成本高到没人买得起。 那怎么办?把大芯片拆成几个小芯片(也就是Chiplet小芯粒),每个小芯片单独做,良率能到90%以上,做好了再用封装技术拼在一起,性能和整块大芯片差不多,成本直接砍半。 这就是现在先进封装的核心逻辑。
先进2.5D 3D芯片封装结构剖面示意图
先进2.5D 3D芯片封装结构剖面示意图
技术边界其实很清晰:它不是用来取代先进制程的,是用来补先进制程的短板的。哪怕你做出来最先进的制程,想要做大算力芯片,还是得靠封装把多个芯粒拼起来。哪怕你制程落后一代,用先进封装拼出来的芯片,性能照样能追上最先进的单芯片。 说穿了,原来你要一整块整布料做衣服,顶级布料贵到织不起大尺寸,现在用小块布料拼,针脚缝得够密,拼出来的衣服比整块整布还划算,还合身。

产业卷到什么程度?产能抢破头

现在全球的科技巨头,没人敢在先进封装上躺平。 台积电把先进封装当成了下一个十年的护城河,CoWoS产能从2021年开始扩了又扩,现在还是供不应求。苹果的M系列Ultra芯片,用的就是台积电的先进封装,两颗M1 Max拼出来的M1 Ultra,性能直接翻倍,要是做整块那么大的单芯片,成本至少翻三倍,根本卖不动。 英特尔更早押注,推出的EMIB和Foveros封装技术,现在已经卖给苹果用了。三星也不甘落后,把先进封装业务拆出来单独成立部门,抢AI芯片的订单。 放在国内,长电、通富、华天这些封测厂,最近两年的资本开支翻了一倍多,都在追先进封装的产能。 说实话,三年前谁能想到,原来位于产业链末端赚辛苦钱的封测厂,现在成了资本抢着投的香饽饽?
2024全球先进封装产能份额占比饼图
2024全球先进封装产能份额占比饼图
不过话说回来,现在产业落地的障碍也挺明显。 第一是散热。3D堆叠把好几层芯片叠在一起,功率密度直接上去了,现在高端AI芯片的功耗都奔着1000W去了,封装如果解决不了散热,芯片跑两分钟就热宕机,再好的性能也没用。 第二是标准不统一。现在各家都有自己的Chiplet接口标准,英特尔推UCIe,台积电有自己的InFO接口,中小芯片设计公司想要做多芯片封装,得适配不同的标准,成本一下子就上去了,大部分小公司玩不起。 第三还是设备卡脖子。先进封装用到的高精度键合设备、光刻设备,大部分还是依赖进口,国内厂商在这一块的突破还需要时间。

未来三年,封装会改写产业格局

未来三年,封装会改写产业格局
未来三年,封装会改写产业格局
未来3到5年,先进封装的渗透率会翻至少一倍,这个趋势已经没人能挡了。 AI大模型对算力的需求每半年翻一倍,制程进步跟不上,只能靠封装堆。未来几乎所有的高端算力芯片,不管是GPU还是AI训练芯片,都会用上先进封装,这个是确定的。 其次,封装会彻底改写芯片产业的分工。原来芯片设计公司做完设计,丢给代工厂做晶圆,做完再丢给封测厂,封装是最后一步。现在不一样,设计芯片的第一天,就得考虑怎么拆分芯粒,用什么封装技术,封装已经变成了前端设计环节必须考虑的核心要素,整个芯片设计的流程都会重构。 对国内产业来说,这是个难得的换道机会。我们在最先进制程上和海外的差距,确实还有十年左右,但在先进封装上的差距,不到五年,甚至部分领域已经追到了第一梯队。我们不需要先搞定3nm制程,就能用7nm制程的芯粒,通过先进封装拼出性能接近高端GPU的AI芯片,先解决国内AI产业的卡脖子问题,这个路径是走得通的。 当然,风险也很明显。先进封装现在越来越重资产,一条先进封装线的投资超过百亿,最后大概率还是头部几家玩家垄断,和制程一样,小玩家很难活下来。而且如果过度依赖封装堆料,忽略制程本身的研发,也会掉进另一个陷阱。 说白了,封装是算力时代的缝衣针,针脚好不好,直接决定你能做出多大的衣服。 接下来,就看谁能把这门手艺练到极致了。

作者|大讲堂

排版|大讲堂

审核|阿辰

免责声明:市场有风险,选择需谨慎!此文仅供参考,不作买卖依据。如有侵权请联系删除。
文章名称:芯片封装:藏在算力浪潮下的隐形革命
文章链接:https://m.lfdjt.com/info_23_25589.html