不EUV光刻机，也造不了5nm、3nm，国产芯片若何突破？
“芯事重重”是若何腾讯科技半导体财富钻研规画 ，本期聚焦先进的突破封装工艺对于半导体财富睁开的价钱合成
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潮水如暗流 ，光刻国产迅猛所致 ，机也行业龙头也被侵略的芯片慢条斯理 。
当半导体加工的若何制程微缩游戏走到尽头 ，先进封装，突破逐渐成为芯片行业的光刻国产输赢手 。
01 潮水如暗流 ：黄教主上阵催单 ，机也台积电冷清扩产
年初 ，芯片任谁也预料不到 ，若何往年的突破半导体财富会如斯的冰火双重天 。在往年全部芯片行业由于去库存满目百孔千疮之际 ，英伟达的AI芯片却一颗难求 ，国内互联网大佬们亲自飞往英伟达总部加州 ，只为多求多少颗A800以及H800 。
这倒并非黄教主囤积居奇 ，若何奈何样是由于全部AI芯片行业都受困于台积电产能不够 。
5月27日 ，黄教主明面上是到台湾大学宣告结业仪式演讲 ，守业大佬给后生的心灵鸡汤尽管好喝，但实际上 ，拷打台积电扩产才是老黄此行的中间目的之一 。据清晰 ，台积电已经在调以及提升产能，预估2024年尾将冲刺20万片的产能 ，台积电股东会上CEO魏哲家展现，将会在龙潭厂加鼎力度扩展CoWoS产能，竹南AP6厂也将退出营救 。
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：黄仁勋出席台大结业仪式宣告演讲
不是说芯片代工产能过剩吗 ，奈何样还需要老黄亲自跑到台积电督战 ？与艰深的认知差距，这次急急的不是台积电7nm、5nm这些先进制程的晶圆代工 ，而是那些从前不被人看重的先进封装 ，成为了全部财富链的最短板 。
在半导体的行业相助中 ，封装不断都是唾弃链最底部的存在，低附加值高老本开销 ，芯片企业尽管纵然都是绕道走。
而这次AI芯片的缺货潮使患上先进封装技术代表之一的CoWoS ，第一次走到了聚光灯下，从前这一冷门的名词 ，变患上家喻户晓；业内致使夸诞到可能直接经由跟踪先进封装CoWoS的产能 ，来预判英伟达的下个季度的功劳 ，而后在英伟达的财报季纵容买入看涨期权 。
假如自上而下做逻辑推演 ，那便是 ：财富巨头争相妨碍AI的武备角逐—>AI武备角逐需要大批AI芯片—>AI芯片需要台积电代工—>台积电代工被先进封装CoWoS产能限度 。
绝不夸诞的说 ，先进封装一早晨乌鸡变凤凰，成为限度TMT行业睁开的最大瓶颈。
哪怕作为半导体制作无可撼动的年迈 ，台积电尽管仍在引争先进封装 ，但显明对于这一潮水的迅猛之势豫备缺少 ，在客户的拷打下 ，也只能紧迫催单配置装备部署商去自动的削减CoWoS产能 。
这也是第一次 ，巨匠不患上不漠视封装这个行业 。
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：半导体财富链；中泰证券
02 当传统思绪走到尽头
后退芯片功能最直接的方式尽可能多的削减晶体管的数目 ，这跟提升电动车续航靠堆更多的电池包别无二致 。以是对于半导体行业的睁开而言 ，先进芯片研发的传统思绪，始终都是“在晶体管上做文章” ，重大来说便是在制程微缩的同时扩展芯周全积。
其中 ，制程微缩的目的是为了在单元面积上放更多的晶体管 ，也便是咱们常听到的14nm、7nm 、5nm、3nm ，这样可能把晶体管越做越小 ，做作单元面积能堆的晶体管就变多了；此外的方式是扩展面积 ，便是在给定制程的条件下 ，尽管纵然把芯片做患上更大 。
可能说以前数十年 ，咱们运用的电脑以及手机的逻辑芯片，都是靠这种措施在续命 。而这种措施睁开到今日 ，已经无可防止的直接撞上两大限度 。
限度一 ，制程微缩的边缘收益越来越小 。
着实从28nm之后 ，芯片妄想中谋求更先进的制程的性价比就越来越低了 。凭证芯原股份的招股书吐露的数据 ，芯片的单元面积老本在14/16nm 后快捷削减 ，摩尔定律不断放缓 。随着制程从28nm 制程演化到5nm ，单次的研发投入也从5000万美元剧增至5亿美元以上 。
先进制程成为了烧钱角逐 ，以是开始进的芯片，只剩下苹果 、英伟达 、三星 、AMD 、英特尔 、联发科、特斯拉 、华为等少数多少家企业在做；年初OPPO无奈开幕旗下的哲库团队 ，即是研发先进芯片高门槛的最佳展现 。
正是由于先进的投入产出比并不用定适宜 ，以是良多芯片勾留在28nm之后 ，便再也纷比方味谋求先进制程。
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：差距工艺节点处于各运历时期的芯片妄想老本（单元：百万美元）；源头：芯原股份招股份析书
限度二，大尺寸芯片的良率越来越低 。
除了谋求先进制程将晶体管密度提升外，另一个措施便是把芯片做大 ，所谓鼎力出事业。可是这一纯朴的措施也根基走到了尽头 。
依然以英伟达的AI芯片为例 。由于相较于传统芯片 ，AI芯片为了实现极限功能将面积做的更大 ，英伟达的AI裸芯片尺寸个别逾越800妹妹2 ，是艰深手机主控芯片的数倍大；芯片太大带来的直接下场便是破费的良率快捷飞腾 。
业内有一个分说工艺制作良率的Bose-Einstein 模子 ：良率=1/(1+芯周全积*缺陷密度)n 。从这个公式不美不雅出，单芯片的面积越大 ，良率就会越低 。
有人做作会说了 ，良率低无所谓 ，多做多少个不就好了 ？这显明是对于工业化破费清晰不够 ，英伟达AI芯片如今单颗发售价在1万美元以上 ，良率低带来的损失谁都接受不起。
凭证模子估算，150妹妹²的中大型芯片的良率约为80% ，而700妹妹²以上的超大芯片 ，良率会狂跌至30%。而且凭证业内人士泄露，由于光刻掩膜版的尺寸限度 ，着实单个芯片的面积艰深不逾越800妹妹2，以是英伟达的AI芯片着实已经迫近面积下限 。
当增长先进芯片后退的措施 ，都开始蒙受亘古未有的挑战，行业势需要追寻新的续命本领 。
03 撞见未来 ，揭开先进封装的怪异面纱
尽管封装行业不如芯片妄想以及晶圆代工那末有目共睹，但患上益于芯片种类的大睁开 ，全天下芯片封装行业的规模也比力可不雅 ，在2022年的市场规模逾越了800亿美元，是一个很难被轻忽的行业 ，只不外不断被贴上周期的标签 。
回归到财富 ，半导体封装是半导体制作工艺的后道工序，自己是为了更好的让芯片以及其余电子元器件实现电气衔接；曾经有业内人士做过一个抽象的好比，芯片就至关于大脑皮层，而封装就像大脑的颅骨；以是在半导体的历史长河中 ，封装都是主角的存在，市场关注度并不高 。只是先进封装让封装行业第一次走到了台前 。
另一个层面 ，封装行业的技术睁开也并不慢 ，不是所谓的“纯周期”行业 。
以前70年 ，封装行业至少履历了四次大的技术刷新 。特意是从2010s开始 ，行业逐渐进入到先进封装的新睁开阶段（2010年 ，蒋尚义学生提出经由半导体公司衔接多颗芯片的措施 ，差距于传统封装，界说为先进封装） 。自此之后 ，新的意见也开始层出不穷 ，好比有FC 、SiP 、2.5D封装 、3D封装 、FO 、RDL、TSV等等 。
尽管 ，这也使患上2023年学习先进封装的钻研者 ，一下子扑面而来泛滥目生的辞汇，着实有些抵御不住 。
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：封装技术睁开历史
先进封装的清晰着实并不重大 。顺着以前讲的思绪 ，既然纯挚的扩展繁多芯周全积以及削减制程变患上愈发不可行了 ，那能不能把原本理当超大的繁多芯片，拆成差距的功能模块 ，而后都在某种制程下做乐成用优异的小芯片 ，最后再把这些小芯片拼在一起组成一颗“大芯片” ，实现“三个臭皮匠顶个诸葛亮”的下场 。
这便是先进封装最底层的道理 ，用化整为零的措施大幅飞腾难度 。假建都用相同的质料做差距的芯片 ，而后再将各个芯片封装到一起 ，这种在业内就被称为异构集成；假如致使有些芯片 ，都是用差距的质料制作 ，而后封装到一起 ，这种在业内被称为异质集成 。
为了实现以上想法 ，财富靠开拓新的工艺 ，将这种想象酿成事实,比力实现硅片之间衔接的TSV技术（Through Silicon Via ，硅通孔技术）、RDL（重布线技术）。
以3D 封装为例 ，对于高下重叠是统一种芯片 ，个别TSV就能直接实现电气互联功能了 ，而重叠高下假如是差距规范芯片 ，则需要经由RDL重布线层将高下层芯片的IO妨碍瞄准 ，从而实现电气互联 。
依然回到英伟达的AI芯片 ，作为先进封装的代表妄想 ，CoWoS尽管是10年前台积电散漫赛灵思开拓的 ，可是最终在英伟达的AI芯片上被发挥光大 。
NVDIA之后主力产物A以及H系列 ，都是接管了台积电CoWoS 2.5D封装 ，以A100为例 ，其中的主芯片A100为单芯片架构接管7nm制程 ，而后装备了海力士的HBM ，而这两个最紧张的芯片之间 ，正是经由CoWoS的方式实现高速互联 。
图：台积电给英伟达提供的CoWoS封装妄想 。
以是说 ，从前财富还对于先进封装半信半疑（封装厂并未大批投资 ，而晶圆厂台积电却异军突起） ，而英伟达热卖的AI芯片 ，正式宣告先进封装正在成为半导体的输赢手 。
财富龙头玩家也意见到，先进封装在摩尔定律迫近物理极限确当下 ，将发挥越来越紧张的熏染 ，因此紧迫地在先进封装上追赶 。
好比牙膏厂英特尔 ，重点妄想的有两种先进封装妄想 ：
1）2.5D封装EMIB ，主打低老本；2）Foveros3D face-to-face芯片重叠封装工艺 ，主打高功能 。据报道 ，英特尔往年妄想推出的14代CPU Meteor Lake ，将初次引入Tile这种类Chiplet妄想 ，集成CPU 、GPU 、IO以及SoC四个自力模块 ，并接管Foveros封装技术。
三星当初先进封装的妄想有四种 ，搜罗I-Cube、X-Cube 、R-Cube 、H-Cube 。技术道理上截然差距 ，也就不睁开细聊了 。
抛开技术细节不谈 ，并差距厂商的先进封装都与台积电相似 ，只不外为了分说以及防止专利瓜葛 ，做了确定水平的规避 。名字差距没啥本性差距 ，加倍关键的是，巨头们在开始意见到先进封装的紧张性后 ，抉择了打不外就退出 。
凭证夷易近生证券的总结 ，咱们可能看到 ，之后靠先进封装的产物，将渗透到效率器、手机 、AI 、可衣着尚有图形展现中去 ，根基波及到生涯的方方面面 ，紧张性积少成多 。
图 ：全天下先进封装代表性处置妄想；质料源头 ：夷易近生证券
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04 多一重意思 ，对于国内财富链象征着甚么 ？
巨匠做作要问，对于这么紧张的一个趋向，咱们国内做患上又奈何样样 ？
首先要厘清一个潜在的脑子误区 ，尽管国内的半导体行业睁开是滞后的 ，可是封装财富链由于技术壁垒相对于低 、睁开相对于早 ，因此全天下相助力仍是可圈可点的 。
凭证数据统计 ，在全天下前十大封装公司中 ，中国大陆占到了3家，中国台湾占5家 ，美国为1家 。其中 ，长电科技 、通富微电以及华天科技 ，被称为国内封测3巨头 ，均位列全天下前十 。而且这3家封装厂 ，营业妄想颇为全天下化，外洋支出占比均逾越50% ，以其中通富微电为例，AMD的大部份封装都由通富微电来实现 。以是说国产的封装厂具备全天下化的相助力 ，也绝不为过 。
图 ：全天下主要封测厂排名；质料源头：国金证券 。
不患上不说 ，尽管封装咱们并未落伍，可是先进封装简直慢人一步。
仍是拿数据来语言 ，在全部先进封装规模 ，日月光的份额抵达26%，其次是台积电以及安靠 ，而国产排名最高的长电科技市场份额惟独8%；假如是进一步回升到最尖真个先进封装 ，那国产的存在感就更弱了，可能作为佐证的是 ，英伟达所需的CoWoS，中国大陆财富链存在感即是0 。
随着这波先进封装的全天下浪潮，国内的封装厂也开始实时转向 。凭证财富调研信息 ：
● 长电科技在TSV-less 、RDL 等技术方面有所妄想 ，已经推出XDFOI技妙筹划 ，并实现国内客户4nm节点Chiplet产物的量产出货 。
● 通富微电推出融会了2.5D 、3D 、MCM-Chiplet 等技术的先进封装平台——VISionS ，当初已经具备7nm Chiplet规模量产能耐 ，并不断与AMD等龙头厂商增强相助 ，估量在AMD即将量产的MI300中饰演紧张的脚色；
● 华天科技推出由TSV 、eSiFo 、3D SiP组成的最新先进封装技术平台——3D Matrix 。
抛开这些封装厂 ，那先进封装对于国内半导体财富链 ，又有着甚么样的意思？
先进封装并不光是睁开AI等芯片的必需工艺 ，加倍国内实现突破洽谈的紧张“弯道”。这是由于 ，先进封装是实现chiplet技术的基石性工艺 。
良多人将chiplet与先进封装混合 ，从界说上来说 ，chiplet ，便是将大型单片芯片散漫为多个相同概况差距的小芯片 ，这些小芯片可能运用相同概况差距的工艺节点制作 ，再经由跨芯片互联以及封装技术妨碍封装级别集成 ，飞腾老本的同时取患上更高的集成度。
以是chiplet只是一种妄想理念 ，而实现这种妄想理念最紧张的依赖工艺之一便是先进封装 。只不外这种理念 ，对于国产芯片的睁开，意思加倍严正 。
在外洋的封锁下 ，假如仅靠国内财富链 ，咱们芯片制程当初可能做到的实际极限是7nm摆布，这跟外洋的3nm仍有二代以上的代差。进一步抵偿代差就需要经由多颗小芯片的重叠，这是可能可能做出更高功能的产物的 。
重大来说，便是咱们可能经由chiplet来实现封锁突破 ，致使是换道超车 。
于行业睁开纪律而言 ，先进封装正在日益成为半导体相助的输赢手 ，与先进制程一起成为先进芯片的必备工艺；于国产链而言 ，先进封装是实现弯道超车的异曲同工 。叠加起来 ，国内睁开先进封装实则是加倍紧迫的 ，当革命有了新的倾向 ，同志们则更需自动 。返回搜狐 ，魔难更多
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