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當(dāng)晶體管微縮逼近物理極限,先進(jìn)封裝便成為決定芯片性能的“第二核心陣地”。
而EMIB的出現(xiàn),恰逢其時(shí)。
01
2026年CoWoS產(chǎn)能,被誰瓜分?
CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate),是AI 時(shí)代名副其實(shí)的“香餑餑”。
作為臺(tái)積電在“超越摩爾定律” 道路上的核心技術(shù),Chip-on-Wafer(CoW)工藝將多個(gè)芯片(如GPU、CPU和HBM等)堆疊并鍵合到硅中介晶圓上;然后,再將CoW芯片與封裝基板(Substrate)整合,形成完整的CoWoS封裝結(jié)構(gòu)。
這意味著它允許將采用 5nm /3nm先進(jìn)制程的 GPU 計(jì)算單元、專為存儲(chǔ)優(yōu)化的 HBM 芯片,以及成熟制程的 I/O 接口芯片整合為單一系統(tǒng)級(jí)封裝,在性能、功耗與成本間找到最佳平衡點(diǎn)。
在 AI 算力競(jìng)賽中,CoWoS 的高帶寬優(yōu)勢(shì)更是不可或缺。數(shù)據(jù)顯示,采用 CoWoS 封裝的 AI 芯片與 HBM 間的數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達(dá) TB/s 級(jí)別,較傳統(tǒng)封裝提升一個(gè)數(shù)量級(jí),完美解決了 “內(nèi)存墻” 問題,成為高端 AI 訓(xùn)練芯片的標(biāo)配。
隨著 ChatGPT 等大模型迭代加速,全球云端 AI 芯片需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng),全球CoWoS總需求將從2024年的37萬片,增長(zhǎng)至2025年的67萬片,并在2026年達(dá)到100萬片,這種爆發(fā)式增長(zhǎng)進(jìn)一步加劇了產(chǎn)能缺口。
目前來看,僅少數(shù) AI 芯片龍頭企業(yè)具備大規(guī)模 “鎖定產(chǎn)能” 的實(shí)力,其余專用芯片(ASIC)廠商及二線 AI 芯片企業(yè),均面臨 CoWoS 產(chǎn)能獲取不足的困境。
日前摩根士丹利報(bào)告預(yù)測(cè),到2026年,英偉達(dá)的CoWoS晶圓總需求量將達(dá)到59.5萬片,占全球總需求的60%。這筆龐大的訂單中,約51萬片將由臺(tái)積電承接,主要用于下一代Rubin架構(gòu)芯片。據(jù)此推算,2026年英偉達(dá)芯片出貨量可達(dá)540萬顆,其中240萬顆將來自Rubin平臺(tái)。Amkor和日月光(ASE/SPIL)等外包封測(cè)廠(OSAT)也將為英偉達(dá)分擔(dān)約8萬片的CoWoS產(chǎn)能,主要用于其Vera CPU及汽車芯片等產(chǎn)品。
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緊隨其后的是博通,預(yù)計(jì)需求達(dá)15萬片,占總需求的15%。其產(chǎn)能主要服務(wù)于大客戶的定制芯片(ASIC),包括為谷歌TPU預(yù)訂的9萬片(臺(tái)積電8.5萬片,日月光/矽品5千片)、為Meta預(yù)訂的5萬片,以及為OpenAI預(yù)訂的1萬片。
AMD預(yù)計(jì)將獲得10.5萬片CoWoS晶圓,占據(jù)約11%的市場(chǎng)份額。其中,8萬片將在臺(tái)積電生產(chǎn),用于其MI355和MI400系列AI加速器。
其他玩家包括亞馬遜、Marvell、聯(lián)發(fā)科等。其中亞馬遜通過其合作伙伴Alchip預(yù)訂了5萬片;Marvell為AWS和微軟的定制芯片預(yù)訂了5.5萬片;聯(lián)發(fā)科(MediaTek)為谷歌TPU項(xiàng)目預(yù)訂了2萬片。
綜合來看,上述幾大客戶已鎖定臺(tái)積電CoWoS總產(chǎn)能的85%以上,留給二線AI芯片廠商、專用ASIC企業(yè)及初創(chuàng)公司的份額不足15%。在排期普遍延后至2026年甚至更晚的背景下,產(chǎn)能稀缺已從技術(shù)瓶頸演變?yōu)槭袌?chǎng)準(zhǔn)入門檻。
當(dāng)CoWoS成為少數(shù)巨頭的專屬資源,一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題需要被重新考慮:除了CoWoS,還有沒有其他選擇?
02
英特爾EMIB,突襲!
英特爾(Intel)的 EMIB 先進(jìn)封裝正成為芯片企業(yè)的備選方案之一。
相較于CoWoS,EMIB擁有數(shù)項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。
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首先是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,EMIB舍棄昂貴且大面積的中介層,直接將芯片使用內(nèi)嵌在載板的硅橋(Bridge)方式進(jìn)行互連,簡(jiǎn)化整體結(jié)構(gòu),相對(duì)于CoWoS良率更高。
其次是熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)問題較小,由于EMIB只在芯片邊緣嵌硅橋,整體硅比例低,因此硅與基板的接觸區(qū)域少,導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)不匹配的問題較小,較不容易產(chǎn)生封裝翹曲與可靠度挑戰(zhàn)。
最后EMIB在封裝尺寸也較具優(yōu)勢(shì),相較于CoWoS-S僅能達(dá)到3.3倍光罩尺寸、CoWoS-L目前發(fā)展至3.5倍,預(yù)計(jì)在2027年達(dá)9倍;EMIB-M已可提供6倍光罩尺寸,并預(yù)計(jì)2026到2027年可支援到8倍至12倍。價(jià)格部分,因EMIB舍棄價(jià)格高昂的中介層,能為AI客戶提供更具成本優(yōu)勢(shì)的解決方案。
然而,EMIB技術(shù)也受限于硅橋面積與布線密度,可提供的互連帶寬相對(duì)較低、訊號(hào)傳輸距離較長(zhǎng),并有延遲性略高的問題。
英特爾自2021年宣布設(shè)立獨(dú)立的晶圓代工服務(wù)(Intel Foundry Services, IFS)事業(yè)群,耕耘EMIB先進(jìn)封裝技術(shù)多年,已應(yīng)用至自家Server CPU平臺(tái)Sapphire Rapids和Granite Rapids等。
EMIB關(guān)注度提升的背后,是以谷歌為代表的ASIC方案之崛起。
據(jù)悉,Marvell 美滿和聯(lián)發(fā)科已考慮將英特爾的 EMIB 先進(jìn)封裝納入 ASIC 芯片設(shè)計(jì)的可選項(xiàng)中,谷歌也決定于2027 年的 TPU v9 AI 芯片中導(dǎo)入英特爾 EMIB 先進(jìn)封裝試用。蘋果、博通和高通也可能很快成為英特爾晶圓代工業(yè)務(wù)的客戶。三家公司招聘信息顯示,招聘封裝工程師的關(guān)鍵要求之一是掌握英特爾 EMIB技術(shù),這表明這些公司急于招聘熟悉英特爾 EMIB 技術(shù)的工程師,助力下一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
其中蘋果以自研云端 ASIC 為核心方案,高通則聚焦 Tier 2 AI 加速卡產(chǎn)品,二者的應(yīng)用場(chǎng)景均無需依賴 CoWoS 封裝;相比之下,EMIB 封裝具備更優(yōu)成本效益,反而能更好適配其產(chǎn)品需求。此外,對(duì)于運(yùn)算需求相對(duì)較低的 ASIC 推論場(chǎng)景,EMIB 封裝同樣具備技術(shù)支持能力。
03
先進(jìn)封裝,三強(qiáng)混戰(zhàn)
EMIB的崛起,正將先進(jìn)封裝市場(chǎng)拖入 “臺(tái)積電、英特爾、三星” 的三強(qiáng)混戰(zhàn)。
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臺(tái)積電方面,有一點(diǎn)需要特別注意,臺(tái)積電2026年CoWoS產(chǎn)能的大客戶大都屬于美國公司,如今美國客戶希望實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的在美生產(chǎn),但臺(tái)積電和上下游暫無可用的在美后端產(chǎn)能。
今年中旬,市場(chǎng)消息稱臺(tái)積電正在大規(guī)模推進(jìn)在美生產(chǎn)計(jì)劃,包括建設(shè)晶圓廠、研發(fā)中心和先進(jìn)封裝設(shè)施。除芯片制造外,CoWoS等先進(jìn)封裝技術(shù)是供應(yīng)鏈中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。據(jù)報(bào)道,臺(tái)積電似乎正將戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)向該領(lǐng)域,計(jì)劃2026年啟動(dòng)封裝廠建設(shè),預(yù)計(jì)將于2029年竣工投產(chǎn)。
該封裝廠將選址在亞利桑那州,臺(tái)積電已開始招募CoWoS設(shè)備服務(wù)工程師。這座先進(jìn)封裝工廠將負(fù)責(zé)生產(chǎn)CoWoS及其衍生技術(shù),以及SoIC和CoW等下一代封裝方案,這些技術(shù)將應(yīng)用于英偉達(dá)Rubin系列和AMD Instinct MI400等產(chǎn)品線。根據(jù)初步規(guī)劃,亞利桑那州的封裝廠將與當(dāng)?shù)鼐A廠實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),因?yàn)镾oIC等產(chǎn)品需要使用帶有中介層(interposer layer)的芯片。
美國客戶在封裝環(huán)節(jié)仍依賴中國臺(tái)灣產(chǎn)能。臺(tái)積電美國晶圓廠制造的芯片需空運(yùn)至中國臺(tái)灣進(jìn)行封裝,導(dǎo)致整體成本攀升。因此,倘若美國沒有本土化CoWoS制造能力,或許英特爾不失為一個(gè)選擇。
三星也在趁機(jī)攪局。三星的先進(jìn)封裝技術(shù)體系分為2.5D的I-Cube和3D的X-Cube兩大系列。其中X-Cube作為三星3D封裝的核心,通過TSV技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片垂直電氣互連,分為凸點(diǎn)互連和混合鍵合兩種工藝路徑。
此外,三星電子先進(jìn)封裝(AVP)部門還正在主導(dǎo)開發(fā)“半導(dǎo)體3.3D先進(jìn)封裝技術(shù)”,目標(biāo)應(yīng)用于AI半導(dǎo)體芯片,2026年第二季度量產(chǎn)。該技術(shù)通過安裝RDL中介層替代硅中介層來連接邏輯芯片和HBM;并通過3D堆疊技術(shù)將邏輯芯片堆疊在LLC上。三星預(yù)計(jì),新技術(shù)商業(yè)化之后,與現(xiàn)有硅中介層相比,性能不會(huì)下降,成本可節(jié)省22%。三星還將在3.3D封裝引進(jìn)“面板級(jí)封裝(PLP)”技術(shù)。
真正的變量在英特爾。今年英特爾代工大會(huì)上,英特爾公布了 EMIB 技術(shù)的新變體 —— EMIB-T,其中 T 指的應(yīng)是 TSV 硅通孔;此外還有分別采用 RDL 重布線層和 Bridge 橋片的 Foveros-R、Foveros-B 封裝。這一面向HBM4、UCIe 芯片集成的工藝通過 TSV 和 M Bridge 技術(shù)在基板中構(gòu)建垂直的電力通道,而不會(huì)像傳統(tǒng)方案一樣需要“繞路”。這意味著 EMIB-T 可實(shí)現(xiàn)更低的直流 / 交流電噪聲,有利于信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
英特爾表示EMIB-T支持從其它 2.5D 先進(jìn)封裝技術(shù)遷移,同時(shí)這一過程無需重大重新設(shè)計(jì)。對(duì)于未來的 EMIB,英特爾預(yù)告其到 2026 年可通過超過 20 個(gè) EMIB 橋?qū)崿F(xiàn)約 120mm×120mm 的總封裝尺寸,集成 12 個(gè) HBM 內(nèi)存堆棧;而到 2028 年,封裝尺寸將進(jìn)一步擴(kuò)展到 120mm×180mm,HBM 數(shù)量將超過 24 個(gè)。
全球第二大OSAT(外包封測(cè))企業(yè) Amkor 安靠在今年的英特爾代工 Direct Connect 大會(huì)上曾宣布與英特爾建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,Amkor 將在其多地制造工廠采用 EMIB 封裝工藝,為 EMIB 建立替代來源。據(jù)悉,Amkor 決定在其韓國仁川松島 K5 工廠建設(shè) EMIB 產(chǎn)能,這是因?yàn)榇说氐脑O(shè)備足以滿足 EMIB 先進(jìn)封裝工藝的需求,同時(shí)現(xiàn)有的材料、零部件、人才資源豐富。
消息人士表示,Amkor 韓國仁川松島 K5 工廠不僅將承擔(dān)英特爾產(chǎn)品部門芯片的 EMIB 封裝,也將為英特爾代工的外部客戶提供服務(wù)。除韓國外,Amkor 的葡萄牙和美國亞利桑那州制造工廠也將導(dǎo)入英特爾 EMIB 工藝。
據(jù)Yole數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)2025年全球先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模占比將首次超過傳統(tǒng)封裝,達(dá)到51%,并持續(xù)以10.6%的CAGR增長(zhǎng)至2028年的786億美元。 EMIB 的崛起正在打破“一家獨(dú)大” 的格局。
與此同時(shí),EMIB的崛起并不意味著CoWoS的衰落,而是先進(jìn)封裝行業(yè)邁入場(chǎng)景化精準(zhǔn)匹配的新發(fā)展階段。CoWoS在互聯(lián)密度和超高頻段信號(hào)完整性上的優(yōu)勢(shì),仍是英偉達(dá)、AMD等高端GPU廠商的核心需求,短期內(nèi)難以被替代。而EMIB則在ASIC、中端AI芯片等領(lǐng)域或可打開增量空間。
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