三星400億美元投資得克薩斯州，構(gòu)建先進(jìn)芯片封裝廠，驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展

三星于4月15日周一宣布向美國(guó)得克薩斯州砸入400億美元打造先進(jìn)芯片封裝工廠，為美國(guó)在本土量產(chǎn)頂尖人工智能芯片創(chuàng)造條件。這項(xiàng)舉措被視作美國(guó)拜登政府取得的顯著成果，同時(shí)也引起了中美兩國(guó)政府對(duì)先進(jìn)封裝在半導(dǎo)體供應(yīng)鏈重要性的高度關(guān)注。

如今，各大全球領(lǐng)先的芯片制造商紛紛斥巨資擴(kuò)大和升級(jí)先進(jìn)封裝技術(shù)，以提升半導(dǎo)體性能。那么，究竟什么是先進(jìn)芯片封裝呢？

隨著芯片逐漸逼近物理極限，制造商們亟需尋找新途徑提升性能，以應(yīng)對(duì)諸如生成式人工智能等對(duì)計(jì)算能力要求極高的應(yīng)用。此時(shí)，通過(guò)將眾多芯片（不論同質(zhì)與否）緊密歸類或“封裝”在一起的方式，不僅能實(shí)現(xiàn)速度及效率的提高，還可避免受到小型化的制約。

以下列舉兩種先進(jìn)封裝實(shí)例： 高帶寬存儲(chǔ)（HBM）和基板上晶圓芯片（CoWoS）。

首先來(lái)看HBM。作為英偉達(dá)圖形處理器（GPU）等高性能芯片所需的大量?jī)?nèi)存，即使是最先進(jìn)的存儲(chǔ)芯片自身也無(wú)法提供足夠的“帶寬”來(lái)存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)。因此，高帶寬存儲(chǔ)芯片通過(guò)堆疊DRAM存儲(chǔ)芯片并以細(xì)線連接，形成如同多層圖書(shū)館的結(jié)構(gòu)，借助電梯在樓層間快速運(yùn)送大量書(shū)籍，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和傳遞。

再看CoWoS。以英偉達(dá)的H100“Hopper”AI芯片為例，該芯片將六顆HBM芯片與英偉達(dá)自行設(shè)計(jì)、臺(tái)積電代工的GPU集成在一起，采用的正是臺(tái)積電的CoWoS先進(jìn)封裝技術(shù)。GPU和HBM芯片均置于名為“中介層”的硅接口之上，通過(guò)該接口進(jìn)行信息交互。中介層則固定在基層或“基板”上。臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星和英特爾對(duì)此項(xiàng)技術(shù)亦有各自的命名。

由于HBM中的DRAM層堆疊，使得HBM芯片和GPU并排排列，故此技術(shù)有時(shí)被稱作“2.5D”先進(jìn)封裝。三星在德克薩斯州的新廠將具備2.5D和HBM封裝能力，而韓國(guó)芯片制造商SK海力士則在印第安納州興建HBM工廠。至于“3D封裝”，則涉及HBM和GPU組件的垂直整合，然而目前工程師仍未找到有效的散熱和供電解決方案。

此外，還有集成扇出型封裝（INFO）。在芯片受限于嚴(yán)格物理限制的環(huán)境下，先進(jìn)封裝同樣發(fā)揮著重要作用。以智能手機(jī)為例，由于邏輯芯片無(wú)法進(jìn)一步縮小，智能手機(jī)也無(wú)法增大體積。為此，2017年，臺(tái)積電聯(lián)手蘋果公司推出了集成扇出（Integrated Fan-Out）新型先進(jìn)封裝技術(shù)，通過(guò)新的高密度“重新分布層”將邏輯和存儲(chǔ)芯片更加緊密地結(jié)合在一起，從而提升性能，同時(shí)無(wú)需依賴更厚的基礎(chǔ)層。

對(duì)于整個(gè)行業(yè)而言，先進(jìn)封裝需要業(yè)界專家加強(qiáng)協(xié)作。例如，盡管臺(tái)積電缺乏存儲(chǔ)芯片生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，但與HBM市場(chǎng)領(lǐng)軍企業(yè)SK海力士在英偉達(dá)的AI芯片項(xiàng)目上展開(kāi)了緊密合作；另一方面，三星電子和英特爾在邏輯、存儲(chǔ)以及先進(jìn)封裝領(lǐng)域皆有所涉獵，這意味著它們有望為客戶提供橫跨三大領(lǐng)域的集成服務(wù)。

先進(jìn)封裝重要性的增長(zhǎng)也為二線芯片制造商和傳統(tǒng)封裝公司提供了機(jī)會(huì)，它們都在投資自己的先進(jìn)封裝能力，以在5000億美元的半導(dǎo)體市場(chǎng)中獲得更大的份額。