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先進封裝大勢所趨，2028 年全球市場規(guī)模有望786 億美元
山西證券 思瀚整理 高宇洋,傅盛盛,徐怡然    2024-06-17

摩爾定律面臨瓶頸，先進封裝大勢所趨

摩爾定律指引過去五十多年全球半導體行業(yè)的發(fā)展。摩爾定律（Moore’s Law）由時任仙童半導體研發(fā)總監(jiān)的戈登·摩爾于 1965 提出，半導體芯片上集成的晶體管和電阻數(shù)量將每年增加一倍。

1975 年，摩爾當時的同事，英特爾高管大衛(wèi)·豪斯將摩爾定律進一步完善為：在功耗不增加的前提下，每隔 18 個月集成電路單位面積內晶體數(shù)量翻倍。過去五十多年，半導體芯片上集成的晶體管數(shù)量基本沿著摩爾定律在增加。產業(yè)界主要通過工藝制程的創(chuàng)新將越來越多的晶體管整合到更小的芯片上，1970 年半導體加工制程約為10μm，2022年臺積電3nm 制程已經(jīng)實現(xiàn)量產。

摩爾定律面臨放緩和瓶頸。自 2008 年 45nm 節(jié)點以來，臺積電只能做到每隔3年讓AMD 的 CPU 內核晶體管密度翻倍，能效要每隔 3.6 年才能實現(xiàn)翻倍。摩爾定律主要面臨以下瓶頸：

（1）芯片內單個晶體管大小逼近原子極限，硅芯片將達到物理極限（原子尺直徑約為0.1nm，1nm 的晶體管溝道長度不到 10 個硅原子）；

（2）漏電流，當柵極（Gate）的寬度小于5nm 時，將會產生隧道效應，電子會自行穿越通道，從而造成“0”、“1”邏輯錯誤；

（3）功耗和散熱，單位面積的功耗會由于晶體管集成度提高而提高，溫度太高影響晶體管性能；

（4）成本，5nm 制程的芯片設計需要超過 5 億美元成本，制造成本更高。

先進封裝是超越摩爾定律、提升芯片性能的關鍵。隨著硅芯片將達到物理極限，通過縮小晶體管實現(xiàn)芯片性能提升成本越來越高，以芯粒異質集成為核心的先進封裝技術，成為了集成電路發(fā)展的關鍵路徑和突破口。相比傳統(tǒng)封裝，先進封裝具有小型化、輕薄化、高密度、低功耗和功能融合等優(yōu)點，不僅可以提升性能、拓展功能、優(yōu)化形態(tài)、降低成本。目前最有代表性且已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模量產的先進封裝是采用 TSMC CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）封裝形式的英偉達 GPU 芯片。

2028 年全球市場規(guī)模有望 785.5 億美元，通信基礎設施領域增長最快

2028 年全球市場規(guī)模有望 785.5 億美元。先進封裝技術的應用范圍廣泛，涵蓋了移動設備、高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)等多個領域?，F(xiàn)代智能手機中大量使用了CSP 和3D封裝技術，以實現(xiàn)高性能、低功耗和小尺寸的目標；在高性能計算領域，2.5D 和3D 集成技術被廣泛應用于處理器和存儲器的封裝，顯著提升了計算性能和數(shù)據(jù)傳輸效率。

Yole 預計，全球先進封裝市場規(guī)模有望從 2023 年的 468.3 億美元增長到 2028 年的 785.5 億美元。先進封裝占封裝市場比例預計由 2022 年的 46.6%提升至 2028 年的 54.8%。

下游手機消費市場占比最大，通信基礎設施領域增長最快。Yole 預計，未來手機消費領域仍是先進封裝最大的市場，2028 年預計占比 61%，不過相較2022 年的70%有所下降。通信基礎設施領域和汽車領域占比有所提升，2028 年預計分別達到27%和9%。從增速看，通信基礎設施是先進封裝增長最快的領域，2022-2028 年預計實現(xiàn)17%的復合增長。

算力時代，先進封裝有望迎來加速發(fā)展

生成式 AI 熱潮持續(xù)帶動全球 AI 服務器出貨成長。各大云端服務商正競相布局大型語言模型（LLM）和生成式 AI 應用，如 Open AI 的 ChatGPT、Google 推出Gemini、Amazon在訓練新的 LLM，以及國內各大廠商的大模型。

LLM 和生成式AI 應用的大發(fā)展帶動了全球AI服務器的需求，MIC 預估，2024 年全球 AI 服務器出貨量為194.2 萬臺，且將一路成長至2027 年 320.6 萬臺，2022-2027 年間年復合成長率(CAGR)為24.7%，其中包含價格昂貴并采用高端 GPU 的 AI 訓練服務器，以及采用中低端 GPU、FPGA、ASIC 的AI 推理服務器。

算力時代，先進封裝有望迎來加速發(fā)展。先進封裝可以突破帶寬瓶頸，提升芯片性能。存儲器的“存儲墻”限制了計算芯片性能的發(fā)揮，GDDR5 的帶寬極限為32GB/s。由邏輯芯片和多層 DRAM 堆疊而成的 HBM 技術可以突破帶寬瓶頸，HBM1 和HBM2 的帶寬分別為128GB/s 和 256GB/s，HBM3 可突破 1.075TB/s。

通過先進封裝，如臺積電CoWoS技術，將HBM 和處理器集成，可以顯著提升芯片性能。英偉達從 2020 年開始采用臺積電CoWoS技術封裝其 A100 GPU 系列產品。隨著 AI 及 HPC 等高算力芯片對先進封裝技術的需求日益提升，先進封裝行業(yè)有望迎來加速發(fā)展。

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