熬出头的CoWoS

作者：米乐

据中国台湾媒体报道，台积电正在扩大CoWoS先进封装产能，以满足客户，尤其是AI芯片领域的需求。英伟达等大客户增加了对CoWoS封装的订单量，AMD、亚马逊等其他大厂也出现了紧急订单。为了满足这些需求，台积电已要求设备供应商增加CoWoS机台的生产数量，并计划在明年上半年完成交付和安装。

9月底，传出消息台积电再次追加30%半导体设备订单，带动联电、日月光投控等CoWoS先进封装中介层供应商接单量，并传出后者要涨价的消息。

 01、CoWoS也曾“煎熬”

CoWoS是台积电独门技术，2012年即推出。不过，由于成本昂贵，因而推出后除了赛灵思等少数客户采用，之后便乏人问津。

不过随着AI热潮引爆，台积电CoWoS封装技术也熬出头，产能大爆发。台积电总裁魏哲家在本月20日法说会上坦言，AI相关需求增加，预测未来五年内将以接近50％的年平均成长率成长，并占台积电营收约1成，台积电也决定将资本支出中加重在CoWoS先进封装产能的建置，且是越快越好（As quickly as possible）！

随着ChatGPT横空出世，生成式AI红遍全球，带动AI芯片的需求强劲，英伟达（NVIDIA）的H100、A100全部由台积电代工，并使用台积电的CoWoS先进封装技术，除了英伟达外，AMD MI300也导入CoWoS技术，造成CoWoS产能供不应求。

为什么是CoWoS？

CoWoS可以将CPU、GPU、DRAM等各式芯片以并排方式（side-by-side）堆叠，有节省空间、减少功耗的优势；另外，因为CoWoS能将不同制程的芯片封装在一起，可达到加速运算但同时控制成本的目的，适用于AI 、GPU 等高速运算芯片封装。

相较于传统的芯片封装技术，CoWoS技术有以下几个优势：

高度密集：此技术可以使多个芯片在一个封装中实现高度集成，从而可以在更小的空间内提供更强大的功能。在需求高度集成的行业（例如互联网、5G、人工智能等）中得到广泛应用。

高速和高可靠性：由于芯片与晶圆直接相连，从而可以提高信号传输速度和可靠性。同时，此技术还可以有效地缩短电子器件的信号传输距离，从而减少传输时延和能量损失。

高性价比：CoWoS技术可以降低芯片的制造成本和封装成本，因为它可以避免传统封装技术中的繁琐步骤（例如铜线缠绕、耗材成本高等），从而可以提高生产效率和降低成本。

CoWoS技术是目前HBM与CPU/GPU处理器集成的主流方案。HBM的高焊盘数和短迹线长度要求需要2.5D先进封装技术，目前几乎所有的HBM系统都封装在CoWoS上，而高端AI服务器基本都使用HBM，因此几乎所有领先的数据中心GPU都是台积电封装在CoWos上的。

高端芯片走向多个小芯片、内存，堆叠成为必然发展趋势，CoWoS 封装技术应用的领域广泛，包含高效能运算 HPC、AI 人工智能、数据中心、5G、物联网、车用电子等等，可以说在未来的各大趋势，CoWoS 封装技术会扮演着相当重要的地位。

 02、涨价和扩产进程

今年是AI爆火的一年。随着ChatGPT横空出世，生成式AI红遍全球，带动AI芯片的需求强劲，英伟达的H100、A100全部由台积电代工，并使用台积电的CoWoS先进封装技术，除了英伟达外，AMD MI300也导入CoWoS技术，造成CoWoS产能供不应求。

6月份，台积电宣布计划扩充CoWoS封装产能，预计下半年月产能将增加3000片。此举旨在满足全球电子产品和芯片市场的旺盛需求，同时提升公司在全球半导体市场的竞争力。

7月，台积电董事长刘德音表示，台积电自有先进封装产能去年迄今几乎翻倍增长，今年到明年若又要翻倍，“确实是挑战”。为应对明年先进封装的CoWoS产能扩产，甚至把一些InFO产能挪到南科去，台积电希望能在龙潭扩张CoWoS产能，很多计划都会积极推动，希望应对客户即时需求。台积电也在近期的法说会上称，当前AI芯片相关产能瓶颈主要集中在后端的CoWoS环节，台积电正在与客户紧密合作扩张产能，预计CoWoS的产能紧张将于2024年底得到缓解，2024年的CoWoS产能将达到2023年水平的约两倍。为了应对产能不足问题，台积电宣布规划斥资近900亿元新台币，在中国台湾竹科铜锣科学园区设先进封装晶圆厂。经过两个月的跨部门协商，竹科管理局日前正式发函，同意台积电取得竹科铜锣园区约7公顷土地。新工厂预计2026年底建成，2027年第三季度开始量产。

8月摩根大通指出，AI需求下半年持续强劲，台积电CoWoS产能扩张进度将超出预期，明年底前产能翻扬至每月2.8万～3万片，并将在2024年下半年明显加速。同时，非台积电阵营的类CoWoS产能，也都在积极扩张中。摩根大通估计，英伟达2023年占整体CoWoS需求量的六成，台积电约可生产180万～190万套H100芯片，接下来需求量较大的则是博通、亚马逊网络服务的Inferentia芯片与赛灵思。放眼2024年，因台积电产能持续扩张，可供应英伟达所需的H100芯片数量上看410万～420万套。

9月，又有消息传出台积电正在着手将急单的CoWoS价格提高20%，这也暗示着，困扰整个产业链已久的CoWoS产能瓶颈有望得到缓解。

分这块蛋糕的不止有台积电。英特尔副总裁兼亚太区总经理Steven Long 8月下旬表示，英特尔正在马来西亚槟城兴建封测厂，强化2.5D/3D封装布局。这将是继英特尔新墨西哥州及奥勒冈厂之后，首座在美国之外采用英特尔Foveros先进封装架构的3D封装厂。

而英特尔副总裁Robin Martin受访时也透露，未来槟城新厂将成为公司最大的3D先进封装据点。除了槟城的3D封测厂之外，英特尔还将在马来西亚另一居林高科技园区兴建另一座组装测试厂。全部完工后，英特尔在马来西亚的封测厂将增至六座。

英特尔的先进封装包括2.5D EMIB与3D Foveros方案。

公司并未透露现阶段其3D Foveros封装的总产能，但其表示，美国奥勒冈州厂、新墨西哥州及槟城新厂三厂叠加，公司2025年的3D封装产能将是目前水平的4倍。英特尔在两年前已宣布，计划投资35亿美元，扩充新墨西哥州的先进封装产能，目前建厂仍在进行中。英特尔没有进一步透露槟城新厂的确切落成时程，外界预估，该厂将于2024年底或2025年初正式启用。

CoWoS给英伟达撑腰，也彻底带火了2.5D、3D封装。

联电最近也在先进封装方面频频发力。根据该公司官网资料，联电是全球首个提供硅中介层制造开放解决方案的代工厂，即通过联电+OSAT的合作模式，由联电完成前段2.5D TSI硅中介层晶圆（FEoL+TSV+FS RDL），然后交由封测厂完成中段MEoL和后段BEoL工序。

在7月28日的日月光法说会上，该公司已经证实，正在与代工厂合作中介层相关技术，并具备CoWoS整套制程的完整解决方案，预计今年下半年或明年初量产。

近日业界传出，联电已针对超急件的中介层订单调涨价格，并启动产能倍增计划应对客户需求，日月光先进封装报价也可能涨价。

 03、CoWoS的瓶颈：能笑到最后？

容量问题是英伟达在使用台积电CoWoS的第一瓶颈。HBM和CoWoS是互补的。HBM的高焊盘数和短走线长度要求需要CoWoS等2.5D先进封装技术来实现PCB甚至封装基板上无法实现的密集、短连接。CoWoS是主流封装技术，能够以合理的成本提供最高的互连密度和最大的封装尺寸。由于目前几乎所有HBM系统都封装在CoWoS上，并且所有高级AI加速器都使用HBM，因此，几乎所有领先的数据中心GPU都由台积电在CoWoS上封装。

虽然台积电的SoIC等3D封装技术可以将芯片直接堆叠在逻辑之上，但由于散热和成本的原因，这对于HBM来说没有意义。SoIC在互连密度方面处于不同的数量级，并且更适合通过芯片堆叠扩展片上缓存，如AMD的3DV-Cache解决方案所示。AMD的赛灵思也是多年前CoWoS的第一批用户，用于将多个FPGA小芯片组合在一起。

虽然还有一些其他应用程序使用CoWoS，例如网络(其中一些用于网络GPU集群，如Broadcom的Jericho3-AI)、超级计算和FPGA，但绝大多数CoWoS需求来自人工智能。与半导体供应链的其他部分不同，其他主要终端市场的疲软意味着有足够的闲置空间来吸收GPU需求的巨大增长，CoWoS和HBM已经是大多数面向人工智能的技术，因此所有闲置空间已在第一季度被吸收。随着GPU需求的爆炸式增长，供应链中的这些部分无法跟上并成为GPU供应的瓶颈。