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晶圓廠大戰(zhàn)先進(jìn)封裝 臺積電穩(wěn)居龍頭

旺材芯片 ? 來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察 ? 2023-08-03 17:27 ? 次閱讀

根據(jù) LexisNexis 的數(shù)據(jù),中國臺灣芯片制造商臺積電開發(fā)了最廣泛的先進(jìn)芯片封裝專利庫,其次是三星電子英特爾。先進(jìn)芯片封裝是從最新芯片設(shè)計中榨取最大馬力的關(guān)鍵技術(shù),對于芯片代工制造商爭奪業(yè)務(wù)至關(guān)重要。

LexisNexis 上個月發(fā)布的數(shù)據(jù)表明,臺積電和三星多年來一直在先進(jìn)封裝技術(shù)上穩(wěn)步投資,而英特爾沒有跟上自己的申請步伐。

據(jù)數(shù)據(jù)和分析公司 LexisNexis 稱,臺積電擁有 2,946 項先進(jìn)封裝專利,并且質(zhì)量最高,衡量標(biāo)準(zhǔn)包括這些專利被其他公司引用的次數(shù)。根據(jù) LexisNexis 的數(shù)據(jù),三星電子在專利數(shù)量和質(zhì)量方面排名第二,擁有 2,404 項專利。英特爾排名第三,其先進(jìn)封裝產(chǎn)品組合擁有 1,434 項專利。

LexisNexis PatentSight 董事總經(jīng)理 Marco Richter 在接受采訪時表示:“他們似乎推動了該領(lǐng)域的發(fā)展,并制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?!彼傅氖桥_積電、三星和英特爾。

數(shù)據(jù)顯示,自 2015 年左右以來,英特爾、三星和臺積電一直在穩(wěn)步投資先進(jìn)封裝技術(shù),三者當(dāng)時都開始增加其專利組合。這三個企業(yè)是世界上唯一擁有或計劃部署該技術(shù)來制造最復(fù)雜、最先進(jìn)芯片的公司。

先進(jìn)封裝對于改進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計至關(guān)重要,因為將更多晶體管封裝到單片硅上變得更加困難。封裝技術(shù)使業(yè)界能夠?qū)⒍鄠€稱為“小芯片”的芯片(堆疊或彼此相鄰)縫合在同一個容器內(nèi)。

AMD的小芯片技術(shù)幫助其服務(wù)器芯片獲得了超越英特爾的優(yōu)勢。該部門負(fù)責(zé)人 Moonsoo Kang 在一份聲明中表示,三星多年來一直在先進(jìn)封裝方面進(jìn)行投資,但這家韓國芯片巨頭于 2022 年 12 月成立了一個專門團(tuán)隊來追求先進(jìn)封裝。

英特爾對臺積電專利組合規(guī)模表明其已經(jīng)開發(fā)出更先進(jìn)技術(shù)的觀點提出質(zhì)疑。英特爾知識產(chǎn)權(quán)法律小組副總裁本杰明·奧斯塔普克(Benjamin Ostapuk)在一份聲明中表示,該公司的專利保護(hù)其知識產(chǎn)權(quán),其專利投資都是經(jīng)過精心挑選的。

臺積電拒絕置評。

先進(jìn)封裝技術(shù),突破半導(dǎo)體極限

三星半導(dǎo)體在官方博客中表示,過去,半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)注的是在同樣大小的芯片上可以放置多少更小更多的晶體管。早前,戈登摩爾(Gordon Moore)曾說,芯片中晶體管的密度每24個月翻一番,這就是我們熟知的“摩爾定律”。如今,摩爾定律隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的步伐逐漸改變,但因已遵守了50多年,它仍被認(rèn)為是半導(dǎo)體發(fā)展的一個基本原則。

隨著智能手機技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、AI、大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展,半導(dǎo)體計算性能需求迅速提高。然而,因技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新的速度逐漸趨緩,半導(dǎo)體工藝的微型化已逐漸接近物理極限,密度增加的速度也正漸緩。換句話說,摩爾定律正接近極限。

我們還期盼能創(chuàng)造一種集模擬、RF無線通信等功能于一身的多功能半導(dǎo)體,但是,隨著半導(dǎo)體工藝的日益微型化,保持模擬性能變得越來越困難。因此,僅通過基于摩爾定律的工藝微型化,確實難以滿足這種多功能需求。

為了克服半導(dǎo)體技術(shù)的這些局限,我們需要一種超越摩爾定律的新方法,我們稱之為“超越摩爾”(Beyond Moore)。

通過先進(jìn)封裝技術(shù)(Advanced Package),我們意在邁向“超越摩爾”時代。異構(gòu)集成(Heterogeneous Integration),即橫向和縱向連接多個半導(dǎo)體,可將更多的晶體管裝在一個更小的半導(dǎo)體上,準(zhǔn)確地說是在更小的半導(dǎo)體封裝內(nèi),從而提供比其各部分之和更大的功用。

市場研究表示,從2021年到2027年,先進(jìn)封裝的市場份額預(yù)計將見9.6%的年復(fù)合增長率。其中特別是采用異構(gòu)集成技術(shù)的2.5D和3D封裝,更預(yù)計可達(dá)14%,高于整個先進(jìn)封裝市場的增長水平。

各界對先進(jìn)封裝技術(shù)的研究和開發(fā)(R&D)的興趣亦日漸濃厚。2月,韓國方面,由產(chǎn)業(yè)通商資源部主導(dǎo),開展了半導(dǎo)體封裝技術(shù)發(fā)展論壇,美國方面的重要研發(fā)組織于22年4月宣布為先進(jìn)封裝相關(guān)領(lǐng)域提供大量新預(yù)算。日本也正關(guān)注先進(jìn)封裝,通過提供補貼和基建等方面的激勵措施,吸引私人封裝研究機構(gòu),并建立封裝研討會。

先進(jìn)封裝技術(shù)重要性日益凸顯。據(jù)此,三星電子于2022年12月,在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門內(nèi)成立了先進(jìn)封裝(AVP)業(yè)務(wù)團(tuán)隊,以加強先進(jìn)封裝技術(shù),并在各業(yè)務(wù)部門之間創(chuàng)造協(xié)同效應(yīng)。

三星電子更具備集內(nèi)存、代工和封裝業(yè)務(wù)于一體的優(yōu)勢。以這些優(yōu)勢,并通過其異構(gòu)集成技術(shù),三星可提供有競爭力的2.5D和3D封裝,利用EUV(極紫外光刻)將出色的邏輯半導(dǎo)體與高性能的內(nèi)存半導(dǎo)體如HBM(高帶寬存儲)結(jié)合起來。

AVP業(yè)務(wù)團(tuán)隊的先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)模式,可為客戶提供高性能和低功耗解決方案的一站式服務(wù)。團(tuán)隊將直接與客戶溝通,為客戶和產(chǎn)品量身定制先進(jìn)封裝技術(shù)和解決方案,并將其商業(yè)化。AVP團(tuán)隊還將特別致力于開發(fā)基于RDL3(重布線層)、Si Interposer(硅中介層)/Bridge(硅橋接)和TSV(硅通孔)堆疊技術(shù)的下一代2.5D和3D高級封裝解決方案。

AVP業(yè)務(wù)團(tuán)隊的目標(biāo)是“超連接性”?!俺B接性”意味著創(chuàng)造巨大的協(xié)同效應(yīng),而不僅僅是將每個半導(dǎo)體的性能和功能相加。我們的目標(biāo)是超越連接,將半導(dǎo)體與世界、人與人、客戶的想象力與現(xiàn)實連接起來。

三星電子正實施具競爭力的開發(fā)和生產(chǎn)戰(zhàn)略,具備包括適應(yīng)大面積化趨勢的專有封裝技術(shù)。在這些基礎(chǔ)上,我們將得以及時響應(yīng)客戶的要求。通過以客戶為中心的業(yè)務(wù)發(fā)展,我們希望能夠成長為一個令世界都耳目一新的AVP業(yè)務(wù)團(tuán)隊。

落后于臺積電,難搶AI芯片訂單

據(jù) BusinessKorea 報道,英偉達(dá)占據(jù)了全球 AI GPU 市場 90% 以上的份額,這也讓其芯片的代工權(quán)成為廠商們爭奪的焦點。

目前,因用于 ChatGPT 而聞名的英偉達(dá)旗艦芯片 A100 和 H100 GPU 正由臺積電獨家供應(yīng)。IT之家此前報道,由于這兩款芯片供不應(yīng)求,臺積電 6 月初已決定應(yīng)英偉達(dá)的要求擴大封裝產(chǎn)能。

臺積電之所以能獨家代工英偉達(dá)芯片,主要歸功于 CoWoS 這一先進(jìn)封裝技術(shù)。隨著超微制造工藝最近達(dá)到人類頭發(fā)絲厚度百分之二十的水平,封裝技術(shù)作為提高半導(dǎo)體性能的一種方式,其重要性愈發(fā)突出。

在封裝過程中,將芯片以 3D 方式進(jìn)行立體堆疊,可縮短它們之間的距離,從而使芯片之間的連接速度更快。這種封裝方式可帶來高達(dá) 50% 甚至更多的巨大性能提升。

臺積電于 2012 年首次引入 CoWoS 技術(shù),此后不斷升級其封裝能力。如今,英偉達(dá)、蘋果和 AMD 的旗艦產(chǎn)品都離不開臺積電及其先進(jìn)封裝技術(shù)的支持。這也解釋了為什么三星電子在 2022 年領(lǐng)先臺積電一步完成了 3nm 量產(chǎn),但英偉達(dá)和蘋果等巨頭仍然希望使用臺積電的生產(chǎn)線。

為了超越臺積電的 CoWoS,三星正在開發(fā)更先進(jìn)的 I-cube 和 X-cube 封裝技術(shù)。此外有消息稱,三星將研究重點放在了 3D 封裝上,將多個芯片垂直堆疊以提高性能。一位半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士表示:“很快三星和臺積電在封裝上就會發(fā)生正面沖突。”

英特爾,意外取得突破

在剛過去的財務(wù)季,英特爾晶圓代工服務(wù)(IFS)營收暴增307%,達(dá)2.32億美元,但目前仍是貢獻(xiàn)營收占比最低的一個事業(yè)單位。Gelsinger透露,IFS部分營收成長來自于先進(jìn)封裝,「業(yè)界對于先進(jìn)封裝有很大的興趣,因為這對于高效能運算(HPC)與人工智能(AI)應(yīng)用而言是必不可少的」,預(yù)期未來還會帶來比現(xiàn)在多得多的業(yè)績。

英特爾財務(wù)長David Zinsner指出,旗下晶圓廠產(chǎn)能未達(dá)滿載狀態(tài)的相關(guān)問題,未來幾季還是會持續(xù)下去,但好消息是,情況已經(jīng)逐漸緩解當(dāng)中。而談到新制程進(jìn)展,Gelsinger則表示,目前按部就班進(jìn)行當(dāng)中,甚至進(jìn)度還有一點超前。





審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:【資訊】晶圓廠大戰(zhàn)先進(jìn)封裝,臺積電穩(wěn)居龍頭

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