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臺積電封裝，未來重點

臺積電高效能封裝整合處處長侯上勇3 日在Semicon Taiwan 2024 中舉行專題演講，表示被視為是三種CoWoS 產(chǎn)品中，能滿足所有條件的＊佳解決方案，因此會從CoWoS-S 逐步轉(zhuǎn)移至CoWoS -L，并稱CoWoS-L 是未來路線圖要角。侯上勇指出，臺積電過去的三場演講，于2012 年發(fā)表3D-IC 模組、TSV、微凸塊（micro bond）和臨時載板制程；2016 年第二次講座，重點是HBM 邏輯整合；2020 年第三場則確定矽中介層可擴展三倍光罩尺寸；現(xiàn)在則是第四個講座的＊佳時機。侯上勇認為，由于頂部芯片（Top Die）成本非常高，CoWoS-L 是比CoWoS-R、CoWoS-S 更能滿足所有條件的＊佳解，且因為具有靈活性，可在其中介層實現(xiàn)異質(zhì)整合，會有其專精的尺寸與功能。他提到，CoWoS-L 可相容于各式各樣的高效能＊＊芯片，例如先進邏輯、SOIC 和高頻寬記憶體。此外，臺積電也根據(jù)整體系統(tǒng)散熱方案開發(fā)各種散熱解決方案，而共同封裝光學(xué)（CPO）開發(fā)工作也在進行中。侯上勇指出，在CoWoS 封裝中使用光學(xué)引擎（COUPE）的CPO，將使每瓦效能達到新里程碑。他也提到SOW（System-on-Wafer）技術(shù)，表示過去已經(jīng)用于特斯拉，公司也在幫Cerebras 代工的wafer level chip。臺積電CoW-SoW 預(yù)計2027年量產(chǎn)隨著IC設(shè)計業(yè)者透過增加芯片尺寸提高處理能力，考驗芯片制造實力。輝達AI芯片Blackwell，被CEO黃仁勛譽為「非常非常大的GPU」，而確實也是目前業(yè)界面積＊大的GPU，由兩顆Blackwell芯片拼接而成，并採用臺積電4納米制程，擁有2,080億個電晶體，然而難免遇到封裝方式過于復(fù)雜之問題；臺灣坐擁全球＊先進芯片制造，未來有望成為AI重要硅島。CoWoS-L封裝技術(shù)，使用LSI（本地硅互連）橋接RDL（硅中介層）連接晶粒，傳輸速度可達10／TBs左右；不過封裝步驟由于橋接放置精度要求極高，稍有缺陷都可能導(dǎo)致價值4萬美元的芯片報廢，從而影響良率及獲利。法人透露，由于GPU晶粒、LSI橋接、RDL中介層和主基板之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）相異，導(dǎo)致芯片翹曲、系統(tǒng)故障。為提升良率，輝達重新設(shè)計GPU芯片頂部金屬層和凸點。不只是AI芯片RTO（重新流片）修改設(shè)計，據(jù)供應(yīng)鏈透露，準備發(fā)布之50系列的顯卡也需要RTO，上市時間較原本遞延。芯片設(shè)計問題將不會只是輝達所獨有。供應(yīng)鏈透露，這類問題只會越來越多，不過為了消除缺陷或為提高良率而變更芯片設(shè)計于業(yè)內(nèi)相當常見。AMD執(zhí)行長蘇姿豐曾透露，隨著芯片尺寸不斷擴大，制造復(fù)雜度將不可避免地增加。次世代芯片需要在效能和功耗方面取得突破，才能滿足AI數(shù)據(jù)中心對算力的巨大需求。以開發(fā)全球＊大AI芯片的Cerebras指出，多芯片組合技術(shù)難度將呈現(xiàn)指數(shù)級成長，強調(diào)「一整片晶圓就是一個處理器」，Cerebras的Wafer-Scale Engine（WSE）系列即採用AI領(lǐng)域知名的「晶圓級處理器」。依照臺積電一直在發(fā)展晶圓級系統(tǒng)整合技術(shù) InFO-SoW（System-on-Wafer），Dojo超級電腦訓(xùn)練區(qū)塊（Training Tile）就是基于臺積電InFO-SoW并已量產(chǎn)的首款解決方案。因應(yīng)大芯片趨勢、及AI負載需要更多HBM，臺積電計劃結(jié)合InFO-SoW和SoIC為CoW-SoW，將記憶體或邏輯芯片堆迭于晶圓上，并預(yù)計在2027年量產(chǎn)。可預(yù)見的未來，將看到更多在整片晶圓上迭迭樂的巨無霸AI芯片出現(xiàn)。臺積電直言，硅光大有可為臺灣半導(dǎo)體制造公司和全球頂尖芯片設(shè)計商及供應(yīng)商正在加緊開發(fā)下一代硅光子解決方案，目標是在未來三到五年內(nèi)使該技術(shù)投入生產(chǎn)。他們的努力正值整個行業(yè)努力解決人工智能計算繁榮所需的大量能源和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度之際。硅光子學(xué)將硅芯片與光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，有望在這兩個方面取得進步。臺積電集成互連與封裝副總裁 KC Hsu 表示，硅光子市場尚處于起步階段，但從 2023 年開始將以 40% 的年復(fù)合增長率增長，到 2028 年將達到 5 億美元。Hsu 周二在 SEMICON 臺灣貿(mào)易展覽會前的一個技術(shù)論壇上發(fā)表了講話。Hsu 表示：“增長的驅(qū)動力是高數(shù)據(jù)速率模塊的需求，用于提高光纖網(wǎng)絡(luò)容量，尤其是可插拔和共封裝光學(xué)器件 (CPO)。我們認為 CPO 器件將成為未來五年內(nèi)高性能計算的重要平臺。”但許在活動間隙對《日經(jīng)亞洲》表示，目前還很難確定量產(chǎn)時間表。他表示，這種尖端技術(shù)的商業(yè)化和大規(guī)模產(chǎn)出取決于客戶的支持和訂單。共封裝光學(xué)器件是設(shè)計并直接集成到芯片封裝中的微型光學(xué)系統(tǒng)。與當前數(shù)據(jù)中心建筑物中外部連接到人工智能服務(wù)器系統(tǒng)的“可插拔”解決方案相比，這是一種更先進、更集成的方法。Marvell 光學(xué)和云連接高級副總裁兼＊＊技術(shù)官 Radha Nagarajan 向《日經(jīng)新聞》表示，與目前的可插拔數(shù)據(jù)傳輸解決方案相比，采用共封裝光學(xué)元件可以“節(jié)省 30% 以上的功耗”。他表示，預(yù)計未來幾年 CPO 解決方案的部署將更加廣泛。“目前已經(jīng)有一些 [CPO] 部署……但數(shù)量非常少，”Nagarajan 說道。“兩到三年后，你會看到數(shù)量回升。”他補充說，應(yīng)用的瓶頸主要在于在芯片層面生產(chǎn)這種新型光學(xué)引擎，以及部署能夠容納它們的人工智能計算系統(tǒng)。這涉及重新設(shè)計人工智能芯片，將光學(xué)互連作為其結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分。芯片材料供應(yīng)商 Soitec 業(yè)務(wù)部總經(jīng)理 Rachid Taibi 表示，Meta 和微軟等大型數(shù)據(jù)中心公司是支持 CPO 技術(shù)開發(fā)的公司之一，因為它具有低功耗的優(yōu)勢。業(yè)界將硅光子技術(shù)視為實現(xiàn)人工智能、數(shù)據(jù)通信、6G 和量子計算等廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相比，光傳輸更節(jié)能、延遲更低，這些特性有助于解決人工智能數(shù)據(jù)中心日益增長的熱量和能耗問題。臺積電的許志強表示，將該技術(shù)從外部可插拔解決方案縮小到芯片封裝級別，可以實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸，并且每一代帶寬都可能翻倍。然而，采用這項技術(shù)將需要整個供應(yīng)鏈中更多參與者的支持。許世友在 SEMI 硅光子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟啟動儀式后表示：“硅光子生態(tài)系統(tǒng)仍處于早期階段，需要不斷發(fā)展。”他說，構(gòu)建該技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)需要整個供應(yīng)鏈上的公司參與，從設(shè)計軟件供應(yīng)商新思科技（Synopsys）和楷登電子（Cadence Design Systems）、芯片開發(fā)商英偉達（Nvidia）和超威半導(dǎo)體（Advanced Micro Devices）等上游企業(yè)，一直到人工智能服務(wù)器制造商富士康和廣達電腦等下游公司。該新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成員包括臺積電、富士康、廣達電腦等 30 多家供應(yīng)商，以及全球＊大的芯片封裝和測試供應(yīng)商日月光科技控股和＊＊的連接器供應(yīng)商 Bizlink。