AI晶片產能告急矩形晶「圓」來當救星?
經多家媒體證實,台積電3nm代工價格將在明年調漲5%,同時,CoWoS先進封裝價格將上漲10%-20%。但即使漲價,顧客依然選擇在台積電下單,反觀三星沒有獲得任何大客戶的轉單訂單。出現這種情況,主要還是因為三星3nm製程良率過於拉胯。比起價格,客戶優先考慮的還是良率。
也正是因為客戶搶著預訂產能,台積電3nm家族產能的持續吃緊,而與AI晶片關係密切的CoWoS先進封裝產能同樣出現供不應求的情況。
為了緩解產能缺口,台積電預計在今年第三季將新增的CoWoS相關設備到位。除此之外,台積電還在研究新的先進晶片封裝技術。
矩形晶“圓”,一種新思路
根據日經亞洲報道,台積電正在研究一種新的先進晶片封裝方法,即使用矩形基板代替傳統圓形晶圓,從而在每個晶圓上放置更多的晶片。
消息人士透露,這種矩形基板尺寸為510 x 515 mm,對比12寸晶圓的尺寸(70659平方毫米),可用面積達到了三倍之多,並且不像圓形晶圓一樣有可用面積有邊角料留下。
根據分析師估算,在100%的良率下,一塊12吋晶圓只能造出16組B200這樣的AI運算晶片。即使是較早的H100晶片,最多也只能封裝約29套。
而從供應鏈的角度來看,光是英偉達一家對CoWoS的需求就超過4.5萬片晶圓,更不要說Google、亞馬遜、AMD等廠商都在使用台積電的CoWoS封裝技術。
隨著需求持續攀升,英偉達的GPU供應能力將進一步受到限制,這是買賣雙方都不願意看到的結果。
不過,目前這項研究仍處於早期階段,有半導體分析師認為,整體來看,這項技術可能需要五到十年的時間才能實現全面的設施升級。
因此,想要解決CoWoS產能問題目前只能先靠增加產線的方式。
業界傳出,台積電南科嘉義園區CoWoS新廠已進入環差審查階段,即開始購買設備。同時,南科嘉義園區原定要蓋兩座CoWoS新廠之外,台積電正勘察三廠土地。
另外,業界類似CoWoS類似的2.5D先進封裝技術還有三星的I-Cube(Interposer Cube )、日月光的FOCoS-Bridge、英特爾的EMIB等。
最強AI晶片,點燃面板封裝產業鏈
其實在英偉達發表新一代AI晶片GB200時,就已經透露了這種矩形晶圓封裝技術。
為了緩解CoWoS先進封裝產能吃緊問題,英偉達正規劃將其GB200提早導入扇出面板級封裝(FOPLP),從原訂2026年提前到2025年。
對比晶圓級封裝(FOWLP),面板級封裝使用方形的玻璃面板或印刷電路板,尺寸也不僅僅是510 x 515mm,還有更大的600 x 600mm。
根據Yole的報告計算,FOWLP技術的面積使用率<85%,而FOPLP面積使用率>95%,這使得同比例下,300x300mm的矩形面板會比12寸晶圓多容納1.64倍的die,最終會轉換到每單位晶片的生產成本之上。
隨著基板面積的增加,晶片製造成本將逐漸下降,300mm過渡到板級封裝,則能節省高達66%的成本。
因此單從經濟角度考慮,FOPLP對比晶圓封裝有多項優點。而更重要的則是FOPLP可以緩解CoWoS產能吃緊的問題,進而確保AI運算的需求。
不過矩形基板,其實早有嘗試。為了在基板上形成佈線層和TSV,需要使用到專用的製造設備和傳輸系統,並且需要光阻等一系列配套設備。而這些的準備工作,都需要時間和金錢,即使像台積電這樣擁有深厚財力的晶片製造商,也不能在短時間內解決。
因此在先進封裝相關設備製造商投入對應產品前, CoWoS 技術依然是AI晶片的首選。
不過隨著產業鏈上下游廠商的不斷關注與入局,這項面板級封裝技術也會逐漸走向現實。