人工智能(AI)狂潮造成英伟达(NVIDIA)GPU供不应求和价格狂飙,辉达旗舰A100和H100 GPU由台积电独家供应,三星电子未能抢下任何订单,原因是台积电的先进封装技术CoWoS领先三星电子。
GPU是聊天机器人ChatGPT等生成式人工智慧的大脑,英伟达在全球AI GPU市场拿下逾90%的市占率。AI产业快速发展带动辉达GPU需求暴增,A100和H100 GPU完全由台积电代工,6月初台积电在辉达要求下提升封装产能。
台积电凭借着先进封装技术CoWoS,独家代工辉达的芯片。AI芯片需要快速有效地处理资料,在技术上面临挑战,故需要先进封装技术。封装技术被视为是提升芯片效能的方法。
芯片在封装过程以3D方式堆叠,可缩短芯片距离,加快芯片间的连接速度,便能将芯片的效能提升50%或更高。芯片堆叠和封装的方式能让芯片的效能产生具大差异。
台积电在2012年推出CoWoS技术,并持续升级该技术。除了CoWoS,台积电也有其他封装技术。如今辉达、苹果和超微(AMD)的核心产品都少不了台积电和其封装技术。
意味着英伟达可依靠台积电的封装和代工,获得晶片成品。换言之,客户不仅关注晶圆代工厂的芯片制造能力,也会留意芯片制造后的封测能力。除了台积电外,台湾半导体封装业者主导全球封装市场,拿下52%的市占率,日月光为全球最大封装厂。
虽然三星去年领先台积电量产3nm芯片,但台积电无可匹敌的封装技术说明了,为何辉达和苹果等全球科技巨擘仍然倚重台积电。于是AI和自驾车晶片大单全由台积电吃下,三星与台积电的市占差距越来越大。
在此同时,三星竭尽全力开发先进封装技术I-cube和X-cube。三星在6月27日的三星晶圆代工论坛发下豪语,不仅要提升封装技术,还要建立相关生态体系,拟与台积电展开封装大战。
台积电靠先进封装独拿许多大厂订单
据调研机构TrendForce 先前预估,今年搭载GPU、FPGA、ASIC等晶片的AI伺服器设备,出货量将来到120万部,年增达38.4%,在整体伺服器出货量比重近9%,预计2022年至2026年的出货量年复合成长将来到29%的可观数据。不过,涉及到AI伺服器的先进封装产能供不应求,目前绝大多数由台积电的CoWos所生产,台积电总裁魏哲家之前也不讳言,由于产能紧绷,有可能将后段封装产能On Substrate外包给其他厂商。
根据台积电2020年所宣布,由SoIC(系统整合芯片)、InFO(整合型扇出封装技术)、CoWoS(基板上晶片封装)所组成3D Fabric平台,提供业界最完整且最多用途的解决方案,用于整合逻辑小晶片技术(Chiplet)、高频宽记忆体(HBM)、特殊制程芯片,实现更多创新产品设计。台积电说明,将与业界共同在先进封装研发上持续推进,甚至包括先进制程竞争对手三星等厂商都有加入。
现任讯芯-KY董事长、台积电前共同营运长蒋尚义在2009年开始就积极推动台积电先进封装技术研发,并于2012年首次导入CoWoS 先进封装技术,由于摩尔定律受限于物理极限,各家厂商无不想尽办法提升性能、效能与能耗表现,封装技术就成为关键,这也是为何台积电后来都能独拿苹果订单,除了先进制程技术之外的主要原因。
三星虽然在2022年声称开始3nm制程量产,并率先台积电采用环绕闸极场效电晶体架构(GAAFET),但在其先进制程良率远远落后台积电,甚至封装技术也不如台积电有效整合的情况下,让目前AI、自动驾驶的先进制程芯片生产订单都在台积电手上。