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    在美中科技竞争中 CoWoS封装技术至关重要

    台积电除了芯片先进制程,芯片封装技术也领先全球。(路透)

    台积电宣布投资美国1000亿美元,创下美国史上最大单笔外商投资纪录,此举引发全球关注,也引发台湾方面的担忧。

    台积电生产全球90%以上的先进半导体芯片,这些芯片为从智能型手机、人工智能(AI)应用到武器等各种应用提供动力。该公司将在亚利桑纳州等地新建两座先进封装工厂。

    随着全球AI热潮的兴起,先进封装技术的需求呈指数级增加,这对中美两国在AI领域的主导地位之争意义重大。

    尽管两国已宣布暂时休战,取消为期90天的破坏性三位数关税,但由于双方就美国实施的芯片限制措施及其他问题持续争执不下,两国关系依然紧张。

    什么是先进封装?

    在上个月的台北国际电脑展(Computex)上,芯片制造商辉达(Nvidia)首席执行官黄仁勋表示:「先进封装对AI至关重要。」并宣称「没有人比我更努力地推动先进封装的发展」。

    封装是一种半导体芯片的制造流程之一,即将芯片封装在保护壳内,然后将其安装到电子设备的主板上。

    先进封装,具体而言是指一种技术,允许更多芯片如图形处理器 (GPU)、中央处理器(CPU)或高带宽内存(HBM)更紧密地排列在一起,从而提高整体性能、加快数据传输速度并降低能耗。

    用比喻来说,这些芯片可被视为企业内部的不同部门。这些部门之间的距离越近,人员之间往返和交流想法就越容易,所需时间也越短,营运效率就越高。

    亚洲私人投资公司TrioOrient副总裁奈斯提德特(Dan Nystedt)表示,「原理是将芯片尽可能紧密地连接在一起,同时还要采用不同的解决方案,让芯片之间的连接变得非常简单。」

    在某种程度上,先进封装技术支撑着摩尔定律,也就是随着芯片制造制程的突破成本越来越高、难度越来越大,微芯片上的晶体管数量每两年就会翻倍。

    虽然先进封装技术种类繁多,但CoWoS(芯片-晶圆-基板封装的缩写)无疑是其中最知名的技术。自从OpeanAI的ChatGPT首次亮相并引发AI热潮以来,它就备受瞩目。

    CoWoS在台湾甚至已家喻户晓,AMD首席执行官苏姿丰甚至称台湾是「唯一一个你可以说CoWoS而每个人都能理解的地方」。

    先进封装为何如此重要?

    先进封装在科技界已变得举足轻重,因为它能确保需要大量复杂运算的AI应用能够无延迟、无故障地运作。

    CoWoS技术对于生产AI处理器至关重要,例如辉达和AMD生产用于AI服务器或数据中心的GPU。

    奈斯提德特说,「如果你愿意,也可以称之为辉达的封装工艺。几乎所有制造AI芯片的公司都在使用CoWoS工艺。」

    正因如此,对CoWoS技术的需求得以飙升。因此,台积电正努力提高产能。

    黄仁勋今年1月访问台湾时告诉记者,目前可用的先进封装产能「可能是2年前的4倍」,「封装技术对演算的未来至关重要。我们现在需要非常复杂的先进封装技术,才能将许多芯片组装成一个巨大的芯片。」

    这对美国有何好处?

    如果说先进制造是芯片制造领域的一块拼图,那么先进封装则是另一块拼图。

    分析师表示,将这两块拼图都设在亚利桑纳州意味着美国将拥有芯片生产的「一条龙服务」,并加强其AI领域的领先地位,这将使苹果、辉达、AMD、高通和博通等台积电的主要客户受益。

    市场研究公司Digitimes Research的分析师陈品铨(Eric Chen)指出:「这确保了美国拥有从先进制造到先进封装的完整供应链,这将有利于提升美国在AI芯片领域的竞争力。」

    由于目前只有台湾才能生产对AI至关重要的先进封装技术,因此将其设在亚利桑纳州也降低了潜在的供应链风险。

    奈斯提德特说,「CoWoS 不是把鸡蛋放在一个篮子里,而是同时在美国和台湾进行,这会让你感到更加安全可靠。」

    CoWoS 是如何发明的?

    虽然CoWoS是最近才兴起的,但这项技术实际上已经存在至少15年。

    它是由蒋尚义领导的工程师团队构思出来的。蒋尚义曾在台积电任职两届,后以联席首席运营官的身份从台积电退休。

    蒋尚义在2009年首次提出开发这项技术,将更多晶体管装入芯片,并解决性能瓶颈。

    但这项技术开发出来后,由于成本高昂,很少公司采用。

    蒋尚义在2022年为加州山景城电脑历史博物馆录制的口述历史计划中回忆指出:「我只有一位客户,让我在公司里真的成了一个笑话,我压力很大。」

    但AI的荣景扭转了CoWoS的局面,使其成为最受欢迎的技术之一。蒋尚义说,「结果超出了我们最初的预期。」

    在全球半导体供应链中,专门提供封装和测试服务的公司称为外包半导体封装测试(OSAT)公司。

    除了台积电之外,南韩的三星、美国的英特尔,以及中国的长电科技、美国的艾克尔国际科技,以及台湾的日月光集团和硅品科技等OSAT公司,都是先进封装技术领域的关键参与者。

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