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先進封裝超越摩爾定律，晶圓廠和封測廠齊發(fā)力
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-09-20

后摩爾時代，先進封裝獲重視

一方面，當前先進芯片發(fā)展面臨“存儲墻”“面積墻”“功耗墻”和“功能墻”，僅依靠先進制程無法解決，先進封裝成為重要助力。另一方，隨著工藝制程進入10nm以下，芯片設(shè)計成本快速提高。根據(jù)IBS的數(shù)據(jù)，16nm工藝的芯片設(shè)計成本為1.06億美元，5nm增至5.42億美元。同時，由于先進制程越來越接近物理極限，摩爾定律明顯放緩，側(cè)重封裝技術(shù)的More than Moore路徑越來越被重視。

“存儲墻”：處理器算力超過存儲芯片存取能力，導(dǎo)致 圖：當前先進芯片發(fā)展面臨“存儲墻”“面積墻”“功耗墻”和“功能墻”綜合算力被存儲器制約。2000-2020年間處理器的峰值算力每兩年增長3.1倍，而動態(tài)存儲器的帶寬每兩年增長1.4倍，存儲器的發(fā)展速度遠落后于處理器，相差1.7倍?；谙冗M封裝的近存計算是解決途徑之一。

“面積墻”：芯片制程相同時，通過增大芯片面積可以集成更多的晶體管數(shù)量，從而提升芯片的性能。但單顆芯片尺寸受限于光刻機的光罩極限，且芯片制造良率隨尺寸增大而降低，從而增加成本。當前先進的EUV光刻機的最大光罩面積為26 mm×33 mm。通過先進封裝技術(shù)集成多顆芯片是解決“面積墻”的低成本主流方案。

“功耗墻”：近年來單個GPU和CPU的熱設(shè)計功耗（TDP）逐年增大，由多個GPU芯片和HBM陣列組成的系統(tǒng)，其TDP可能突破萬瓦級，熱設(shè)計者將面臨極大的挑戰(zhàn)。

“功能墻”：單一襯底可實現(xiàn)的功能有限，可通過多芯片異質(zhì)集成技術(shù)，將傳感、存儲、計算、通信等不同功能的元器件集成在一起。

根據(jù)Yole的預(yù)測，2023年全球先進封裝營收為378億美元，2029年增長到695億美元，2023-2029年的CAGR達10.7%。其中2.5D/3D封裝增速最快；高端封裝市場規(guī)模將從2023年的43億美元增長至2029年的280億美元，CAGR達37%；先進封裝領(lǐng)域資本開支將從2023年的99億美元提高至2024年的115億美元。

先進封裝技術(shù)多樣，目的是提高集成度和性能并降低成本

先進封裝技術(shù)包括FO（扇出型封裝）、WLCSP（晶圓級芯片規(guī)模封裝）、FCCSP（倒裝芯片級封裝）、FCBGA（倒裝芯片球柵陣列封裝）、2.5D封裝、3D封裝、ED (芯片封裝)、SiP（系統(tǒng)級封裝）等。相比傳統(tǒng)封裝技術(shù)，先進封裝由有線變?yōu)闊o線，從芯片級封裝拓展至晶圓級封裝，從單芯片封裝拓展至多芯片封裝，從2D封裝拓展至2.5D/3D封裝，從而縮小封裝體積、增加I/O數(shù)、提高集成度和性能，并降低成本。

Chiplet（芯粒/小芯片）是后摩爾時代的重要路徑，相比SoC，具有更高的靈活性、可擴展性和模塊化，根據(jù)martket.us的預(yù)測，全球Chiplet市場規(guī)模將由2023年的31億美元增長至2033年的1070億美元，CAGR約42.5%。

晶圓廠和封測廠均積極布局先進封裝，相互之間既有競爭也有合作

晶圓廠依靠前道工藝優(yōu)勢入局先進封裝。先進封裝，尤其是高端封裝的實現(xiàn)越來越依賴前道技術(shù)，臺積電、英特爾和三星等晶圓廠優(yōu)勢突出，憑借先進封裝需求走高，2023年臺積電、英特爾、三星的封裝收入分別位列全球第三到第五。

臺積電：2008年成立集成互連與封裝技術(shù)整合部門，專門研究先進封裝技術(shù)，重心發(fā)展扇出型封裝InFO、2.5D封裝CoWoS和3D封裝SoIC。英偉達H100、A100、B100均采用CoWoS封裝，在AI強勁需求背景下，臺積電CoWoS產(chǎn)能持續(xù)緊張，除持續(xù)擴產(chǎn)外，臺積電也積極與OSAT廠商合作。臺積電表示未來只會專注最前沿的后道技術(shù)。

三星：提供2.5D封裝I-Cube、3D封裝X-Cube等，2022年12月在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門內(nèi)成立先進封裝（AVP）業(yè)務(wù)團隊，2024年7月AVP業(yè)務(wù)團隊重組為AVP開發(fā)團隊，以加強2.5D、3D等先進封裝技術(shù)。

英特爾：提供2.5D封裝EMIB、3D封裝Foveros等。

OSAT廠商發(fā)力先進封裝以獲取價值增量。相比傳統(tǒng)封裝，先進封裝不僅需求增速更高，在產(chǎn)業(yè)鏈中的價值占比也更高，傳統(tǒng)OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Testing，委外半導(dǎo)體封測）大廠如日月光、長電科技等為了獲取更高的市場份額和價值量，均在大力發(fā)展先進封裝技術(shù)，2023年前六大OSAT廠商約41%資本開支投向了先進封裝。

全球第三大OSAT廠商，擁有六大生產(chǎn)基地。長電科技成立于1972年，2015年成功收購星科金朋，目前是全球第三大OSAT廠商，在中國、韓國和新加坡設(shè)有六大生產(chǎn)基地和兩大研發(fā)中心，在20多個國家和地區(qū)設(shè)有業(yè)務(wù)機構(gòu)，可與全球客戶進行緊密的技術(shù)合作并提供高效的產(chǎn)業(yè)鏈支持，產(chǎn)品、服務(wù)和技術(shù)涵蓋了主流集成電路系統(tǒng)應(yīng)用，包括網(wǎng)絡(luò)通訊、移動終端、高性能計算、車載電子、大數(shù)據(jù)存儲、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)智造等領(lǐng)域。

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