AI和HPC崛起，先進封裝中的CoWoS將扮演關鍵性角色

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科技產業資訊室 - 茋郁發表於 2023年8月2日

圖、AI和HPC崛起，先進封裝中的CoWoS將扮演關鍵性角色

隨著AI在裝置和產業中變得愈來愈普遍，蘋果、特斯拉、谷歌和Meta等參與者正在其產品中添加大量AI功能，並且還需要為其產品組合提供整合的AI運算。CoWoS封裝技術似乎是目前最好的解決方案。

也就是說，先進封裝提供了一個很好的槓桿，可以提高整體晶片性能，超越電晶體的傳統幾何縮放，並在未來十年擴展摩爾定律。基本上，先進封裝分為前端3D（垂直的堆疊晶片或晶圓），以及和後端 2.5D CoWoS（通過重佈線路層或中介層水平互連晶片）。

從這可以看出，先進封裝和晶圓製造技術的結合可以滿足市場對於運算能力、延遲和更高頻寬的要求，特別是對於高性能運算（HPC）晶片。用於在數據中心訓練AI模型的AI加速器需要最高的可用記憶體頻寬。不像早期記憶體受限的系統，當前的數據中心架構使用多種技術來克服記憶體瓶頸。高頻寬記憶體（HBM）是廣泛實施的用於提高頻寬和記憶體容量的解決方案之一。儘管傳統上AI一直是一項小眾技術，但它一直是GPU中HBM的重要驅動力。

廣泛使用的整合技術之一是CoWoS，這是一種2.5D IC整合技術，通過將邏輯運算和HBM晶片安裝在矽中介層上，然後直接放置在封裝基板上來整合邏輯運算和HBM晶片。TSV（矽穿孔，Through-Silicon Via）/RDL（重佈線路層，redistribution layer）中介層適用於極細間距、高 I/O、高性能和高密度半導體IC應用。

多年來，CoWoS 技術開發的重點是支持不斷增加的矽中介層尺寸，以支持整個封裝中的處理器和HBM堆疊。如今，通過TCB（熱壓接合）方法採用C2凸塊的CoW是矽對矽倒裝晶片接合最常用的組裝方法。CoW倒裝晶片採用一種稱為混合鍵合方法的無凸塊技術，目前正在研發中。

如今台積電CoWoS的產能不足成為AI晶片出貨量的主要瓶頸。原因之一是來自設備供應商和製造中介商的瓶頸。因此，台積電應該尋求合作，並可能外包給合作夥伴，這將有助於穩定中短期產量。長遠來看，台積電決定投資900億新台幣（約28.5億美元）建立先進晶片封裝工廠，預計於2027年中開始量產，並應該與設備製造商合作，優化TCB和混合貼合等CoWoS加工技術。

從客戶端計算的角度來看，隨著產業開發能夠在智慧型手機上運行的縮小版AI模型，它可能會嘗試 CoWoS。然而，目前在智慧型手機應用中實施CoWoS封裝並不具有成本效益，替代封裝技術將是一個更好的選擇。（858個字；圖1）

參考資料：
AI Chip Market: Advanced Packaging Capabilities Key Differentiating Factor. Counterpoint, 2023/07/24.

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