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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 產品中，能滿足所有條件的＊佳解決方案，因此會從CoWoS-S 逐步轉移至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，可在其中介層實現異質整合，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，臺積電也根據整體系統散熱方案開發各種散熱解決方案，而共同封裝光學（CPO）開發工作也在進行中。侯上勇指出，在CoWoS 封裝中使用光學引擎（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，表示過去已經用于特斯拉，公司也在幫Cerebras 代工的wafer level chip。臺積電CoW-SoW 預計2027年量產隨著IC設計業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，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（CTE）相異，導致芯片翹曲、系統故障。為提升良率，輝達重新設計GPU芯片頂部金屬層和凸點。不只是AI芯片RTO（重新流片）修改設計，據供應鏈透露，準備發布之50系列的顯卡也需要RTO，上市時間較原本遞延。芯片設計問題將不會只是輝達所獨有。供應鏈透露，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計于業內相當常見。AMD執行長蘇姿豐曾透露，隨著芯片尺寸不斷擴大，制造復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數據中心對算力的巨大需求。以開發全球＊大AI芯片的Cerebras指出，多芯片組合技術難度將呈現指數級成長，強調「一整片晶圓就是一個處理器」，Cerebras的Wafer-Scale Engine（WSE）系列即採用AI領域知名的「晶圓級處理器」。依照臺積電一直在發展晶圓級系統整合技術 InFO-SoW（System-on-Wafer），Dojo超級電腦訓練區塊（Training Tile）就是基于臺積電InFO-SoW并已量產的首款解決方案。因應大芯片趨勢、及AI負載需要更多HBM，臺積電計劃結合InFO-SoW和SoIC為CoW-SoW，將記憶體或邏輯芯片堆迭于晶圓上，并預計在2027年量產。可預見的未來，將看到更多在整片晶圓上迭迭樂的巨無霸AI芯片出現。臺積電直言，硅光大有可為臺灣半導體制造公司和全球頂尖芯片設計商及供應商正在加緊開發下一代硅光子解決方案，目標是在未來三到五年內使該技術投入生產。他們的努力正值整個行業努力解決人工智能計算繁榮所需的大量能源和更快的數據傳輸速度之際。硅光子學將硅芯片與光學技術相結合，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% 的年復合增長率增長，到 2028 年將達到 5 億美元。Hsu 周二在 SEMICON 臺灣貿易展覽會前的一個技術論壇上發表了講話。Hsu 表示：“增長的驅動力是高數據速率模塊的需求，用于提高光纖網絡容量，尤其是可插拔和共封裝光學器件 (CPO)。我們認為 CPO 器件將成為未來五年內高性能計算的重要平臺。”但許在活動間隙對《日經亞洲》表示，目前還很難確定量產時間表。他表示，這種尖端技術的商業化和大規模產出取決于客戶的支持和訂單。共封裝光學器件是設計并直接集成到芯片封裝中的微型光學系統。與當前數據中心建筑物中外部連接到人工智能服務器系統的“可插拔”解決方案相比，這是一種更先進、更集成的方法。Marvell 光學和云連接高級副總裁兼＊＊技術官 Radha Nagarajan 向《日經新聞》表示，與目前的可插拔數據傳輸解決方案相比，采用共封裝光學元件可以“節省 30% 以上的功耗”。他表示，預計未來幾年 CPO 解決方案的部署將更加廣泛。“目前已經有一些 [CPO] 部署……但數量非常少，”Nagarajan 說道。“兩到三年后，你會看到數量回升。”他補充說，應用的瓶頸主要在于在芯片層面生產這種新型光學引擎，以及部署能夠容納它們的人工智能計算系統。這涉及重新設計人工智能芯片，將光學互連作為其結構的內部部分。芯片材料供應商 Soitec 業務部總經理 Rachid Taibi 表示，Meta 和微軟等大型數據中心公司是支持 CPO 技術開發的公司之一，因為它具有低功耗的優勢。業界將硅光子技術視為實現人工智能、數據通信、6G 和量子計算等廣泛應用的關鍵技術。與傳統數據傳輸技術相比，光傳輸更節能、延遲更低，這些特性有助于解決人工智能數據中心日益增長的熱量和能耗問題。臺積電的許志強表示，將該技術從外部可插拔解決方案縮小到芯片封裝級別，可以實現更快的數據傳輸，并且每一代帶寬都可能翻倍。然而，采用這項技術將需要整個供應鏈中更多參與者的支持。許世友在 SEMI 硅光子產業聯盟啟動儀式后表示：“硅光子生態系統仍處于早期階段，需要不斷發展。”他說，構建該技術的生態系統需要整個供應鏈上的公司參與，從設計軟件供應商新思科技（Synopsys）和楷登電子（Cadence Design Systems）、芯片開發商英偉達（Nvidia）和超威半導體（Advanced Micro Devices）等上游企業，一直到人工智能服務器制造商富士康和廣達電腦等下游公司。該新產業聯盟的成員包括臺積電、富士康、廣達電腦等 30 多家供應商，以及全球＊大的芯片封裝和測試供應商日月光科技控股和＊＊的連接器供應商 Bizlink。