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半导体

传先进封装技术出新,台积电为何封装、制造“两手抓”?

近期,据业内人士透露,台积电已针对数据中心市场推出了其新型先进封装技术——COUPE(compact universal photonic engine,紧凑型通用光子引擎)异构集成技术。近年来,在先进制程方面遥遥领先的台积电,在封装领域的布局也毫不逊色,台积电究竟打着怎样的“算盘”?

利用COUPE技术以应对网络流量的爆炸式增长

据了解,此次台积电将推出的COUPE技术是一种光电共封装技术(CPO),是将光学引擎和多种计算和控制ASIC集成在同一封装载板或中间器件上,能够使组件之间的距离更近,提高带宽和功率效率,并减少电耦合损耗。

在今年的Hot Chips国际大会上,台积电Pathfinding for System Integration副总经理余振华也提到,由于网络流量的爆炸性增长,数据中心开始向硅光子领域发展,以降低功耗、提高传输速度。为了满足能耗比、单位成本等要求,紧凑型通用光子引擎(Compact Universal Photonic Engine)诞生。硅光子技术的进步也驱动了硅光子封装技术的发展,从Pluggable Optics到On-Board再到Co-Packaged Optics,驱动部件变得更加靠近,带宽、功率效率等都在提升。

利用3D Fabric集成创新的SiPH组件,即COUPE技术,可以最大限度地减少电耦合损耗,并进一步增强系统性能。据了解,COUPE的电接口性能较为出色,其寄生电容比uBump低85%,PDN阻抗低51%。在功耗和速率方面,COUPE在相同速率下,功耗比ubump低30%;在相同功率下,COUPE的速度为ubunp的170%。若此项技术成功推出,将大大降低数据中心芯片的功耗并提高传输速度,以应对网络流量的爆炸式增长。

与此同时,业内有消息称,SiPH应用市场将至少需要2-3年的时间才能起步,但台积电凭借其对COUPE技术的储备,有望在该领域抢占先机,特别是用于数据中心的SiPH网络芯片,而微软和谷歌都在关注采用SiPH ASIC作为他们的数据中心芯片。

利用巨头资源加强封装领域布局

早在2012年,已经成为晶圆代工龙头企业的台积电便已开启了在封装领域的布局。“台积电开发封装技术,不是单打独斗,而是积极与其他芯片厂商扩大合作。” 知名业内专家莫大康说道。

莫大康介绍,早在2012年3月,台积电便开始与全球FPGA大厂Altera公司合作先进封装技术。采用台积电的CoWoS整合生产技术,二者共同开发出了全球首颗能够整合多个芯片的三维集成电路(异质集成Heterogeneous 3DIC)测试芯片,此项创新技术可将模拟、逻辑及内存等各种不同芯片堆栈于单一芯片上,可协助半导体产业超越摩尔定律的发展。

据了解,CoWoS也成为了台积电吸引高性能计算客户的有力武器,其衍生版本被应用于英伟达Pascal、Volta系列,AMD Vega,英特尔Spring Crest等芯片产品。此后,台积电再次与国际EDA龙头企业Cadence进行合作,共同开发出InFO 封装技术。据了解,InFO 与一般封装技术最大的不同在于,以往的封装采用小型印刷电路板制程,InFO 则已完全采用芯片制程,是封装技术发展上的重大突破,且 InFO 还能使芯片更小、更薄。因此,该项技术一出现便广受好评,当年苹果的 iPhone7、iPhone 7Plus处理器,便采用的是InFO 封装技术。

据悉,此次台积电将新发布的COUPE封装技术来自于台积电的3DFabric技术平台的整合创新,该平台是将SoIC、InFO、CoWoS等3DIC平台整合在一起所成,而该技术平台也是台积电与多家合作伙伴合作,共同创新的成果结晶。

打造“制造为主,封测为辅”的商业模式

早已稳坐晶圆代工第一宝座的台积电,为何如此频繁布局封装产业?

不仅仅是台积电,国际晶圆代工巨头三星、英特尔,也纷纷开启在封装产业的积极布局。前不久,三星宣布,其下一代2.5D封装技术Interposer-Cube4(I-Cube4)已完成开发,该技术将助力三星在高性能计算领域抢先占领高地。而英特尔,也在近期召开的制程工艺和封装技术线上发布会中,接连介绍了四点封装发展路线,分别是EMIB技术、Foveros技术、Foveros Omni技术以及Foveros Direct技术,并将先进封装技术视为2025年之前重返产业巅峰的重要赛道之一。

据了解,这是由两点原因造成,其一,随着后摩尔时代的来临,芯片先进工艺制造面临越来越多的挑战。然而,如今的先进封装技术,能够有效解决在芯片先进制造工艺中所面临的诸多挑战。据了解,先进封装是在不要求提升芯片制程的情况下,实现芯片的高密度集成、体积的微型化,并降低成本,符合高端芯片向尺寸更小、性能更高、功耗更低演进的趋势。

其二,全球智能手机市场已连续数年规模下降,导致市场对于先进工艺的需求有所减缓。虽然分析机构Omdia数据显示,2021年上半年全球智能手机出货量同比增长17.4%,但事实上市场出货量尚不及2019年同期水平。业内专家表示,智能手机市场仍未恢复到疫情前水平,2021年上半年的市场表现实际上低于预期。而智能手机等电子设备是拉动先进工艺市场增长的关键领域,智能手机市场规模的下降,对先进工艺的市场需求也会降低。

与此同时,如自动驾驶,物联网,AI等新兴领域尚在培育之中,莫大康表示,此类新兴领域的订单往往釆用非先进工艺制程,而且相对分散,因此也造成了几年前全球代工销售额的增长放缓甚至在2019年有所下降的情况。

因此,台积电开始通过先进封装技术,来不断拓展自己的版图,此次台积电便是将用COUPE封装技术,来抢占数据中心芯片的市场先机。

然而,在先进工艺方面,台积电也从未懈怠,依旧大规模扩张投资,领先全球。据了解,2021年台积电的资本支出由原本250亿至280亿美元提升到300亿美元。300亿元资本支出中,预计80%用于先进制程的研发。

集邦咨询分析师王尊民表示,台积电进军封测领域的其中一个原因,也是希望能延伸自己的先进制程技术,通过制造高阶CPU、GPU、FPGA芯片,并提供相应的封测流程,提供完整的“制造+封测”解决方案。虽然晶圆厂需额外支出封测等研发费用,但此方案却能有效吸引高阶芯片设计公司下单,实现“制造为主,封测为辅”的商业模式。

可见,在先进封装以及先进制程中,台积电时刻保持“两手抓”的状态,以确保自己在晶圆代工的霸主地位上,稳坐泰山。

责任编辑:沈丛


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