人工智能的下一个瓶颈：为何美国制造的顶级芯片仍需往返台湾

　　核心要点

　　芯片制造过程中一个长期被低估的环节，即将成为人工智能领域的下一个瓶颈。

　　所有用于驱动人工智能的微芯片，都必须封装进可与外部交互的硬件中。但目前，这一被称为先进封装的工序几乎全部在亚洲完成，且产能严重紧缺。

　　随着台积电准备在亚利桑那州新建两座工厂，以及埃隆・马斯克选定英特尔为其雄心勃勃的定制芯片计划提供封装服务，这一环节正成为行业焦点。

　　乔治城大学安全与新兴技术中心的约翰・韦尔维表示：“如果企业不主动进行资本开支投入，以应对未来几年晶圆厂产量的激增，封装环节很快就会变成瓶颈。”

　　在一次罕见专访中，台积电北美封装解决方案负责人保罗・卢梭向 CNBC 表示，相关需求数据 “正大幅增长”。

　　台积电目前应用的最先进技术名为晶圆上芯片基板封装（CoWoS），卢梭称其复合年增长率高达惊人的 80%。

　　人工智能巨头英伟达已预订台积电这一封装龙头绝大部分的先进产能。

　　而英特尔在技术上与这家中国台湾巨头不相上下。

　　这家美国芯片制造商虽一直难以在晶圆代工业务上拿下重要外部客户，但其封装业务的客户已包括亚马逊和思科。

　　本周二，马斯克也选定英特尔，为其计划在得克萨斯州建设的大型晶圆厂（Terafab）中用于 SpaceX、xAI 及特斯拉的定制芯片提供封装服务。

　　英特尔的大部分最终封装工序在越南、马来西亚和中国完成，部分最先进封装则在美国新墨西哥州、俄勒冈州以及亚利桑那州钱德勒市的厂区进行 ——CNBC 曾于去年 11 月参观过该厂区。

　　随着 AI 产业对芯片密度、性能与能效的需求不断提升，各家厂商竞相为推理任务打造最优硬件，封装工艺也随之备受关注。在晶体管密度逼近物理极限的背景下，新型硅片封装技术成为破局关键。

　　卢梭表示：“这实际上是摩尔定律向三维方向的自然延伸。”

　　数十年来，单个芯片（裸片）从单块晶圆上切割下来后，会被封装进可连接电脑、机器人、汽车与手机等设备的系统中。近年来随着人工智能的出现，芯片复杂度呈爆发式增长，更先进的封装技术也随之兴起。

　　如今，逻辑芯片、高带宽内存等多颗裸片会被封装在一起，形成图形处理器（GPU）等大型芯片。先进封装负责将这些裸片互联，使其彼此通信并与整体系统交互。

　　摩尔洞察与战略公司的芯片分析师帕特里克・穆尔黑德称：“大约五六年前，还没人这么做。” 他补充道，封装过去只是 “事后环节”，企业通常交给初级工程师负责。

　　“而现在，显然它和芯片裸片本身同等重要。”

　　瓶颈所在

　　英伟达已锁定台积电最先进的 CoWoS 技术大部分产能，订单爆满之下，据报道台积电已将部分工序外包给日月光、安靠等擅长简单环节的第三方专业厂商。

　　全球最大的半导体封测代工企业日月光预计，2026 年其先进封装业务销售额将翻倍。该公司正在台湾新建大型厂区，其子公司硅品去年也新开幕了一座封装厂，英伟达 CEO 黄仁勋出席了典礼。

　　除了在美国亚利桑那州建设两座封装厂外，台积电还在台湾扩建两座新封装厂区。

　　目前，台积电100% 的芯片都要运往台湾进行封装，即便芯片产自其亚利桑那州凤凰城的先进晶圆厂。台积电并未披露美国封装厂的完工时间表。

　　国际科技调研机构 TechSearch 的顶尖封装研究员简・瓦达曼向 CNBC 表示：“在亚利桑那州晶圆厂旁布局封装能力，会让客户非常满意。”

　　她补充道，这将省去芯片在美亚之间往返运输的时间，缩短交付周期。

　　英特尔已在其亚利桑那州新建的先进 18A 制程芯片厂附近布局部分封装产能。

　　这家美国芯片制造商虽尚未为 18A 制程工厂拿下重要外部代工客户，但其代工业务负责人马克・加德纳告诉 CNBC，封装业务自 2022 年起就已有客户，包括亚马逊和思科。

　　在美国政府 2025 年向英特尔投资 89 亿美元几周后，英伟达也向该公司投资 50 亿美元，并计划将部分芯片交由英特尔封装。

　　穆尔黑德表示：“芯片企业希望向美国政府表明，他们会与英特尔合作，而与英特尔合作风险最低的方式就是做封装。”

　　当被问及英特尔能否通过先进封装 “曲线” 拿下重要芯片制造客户时，加德纳称部分客户已 “打开了这一入口”。

　　他说：“所有环节集中在一处会带来诸多优势。”

　　马斯克有望成为英特尔芯片制造与封装业务的早期大客户。

　　英特尔周二在领英发文称，公司 “规模化设计、制造与封装超高性能芯片的能力”，将助力马斯克的 Terafab 工厂实现年产 1 太瓦算力、支撑 AI 发展的目标。

　　从二维走向三维

　　中央处理器（CPU）等多数芯片采用二维封装，而 GPU 等更复杂的芯片则需要更高阶的方案，也就是台积电 CoWoS 所属的 2.5D 封装技术。

　　这类芯片会额外增加一层高密度布线层（中介层），实现更紧密的互联，让高带宽内存可直接围绕芯片布局，有效打破所谓的 “内存墙”。

　　台积电的卢梭表示：“计算芯片内部无法集成足够的内存以实现满负荷运行。而通过 CoWoS，我们能高效地将高带宽内存紧邻计算核心部署。”

　　台积电于 2012 年首创 2.5D 封装技术，此后历经多次迭代。该公司表示，英伟达布莱克韦尔系列 GPU 是首款采用其最新一代 CoWoS-L 技术的产品。

　　正是这一最新产能让全行业倍感紧张，因为据报道英伟达已预订了其中绝大部分。

　　英特尔的顶尖封装技术名为嵌入式多芯片互联桥接（EMIB），原理与台积电类似，但以硅桥替代中介层。

　　英特尔的加德纳称：“仅在需要的位置嵌入这些极小的硅片，具备成本优势。”

　　各大厂商均在研发下一代技术：三维封装。

　　英特尔的方案名为 Foveros Direct，台积电则称为集成芯片系统（SoIC）。

　　卢梭解释道：“不再将芯片并排摆放，而是上下堆叠。” 它们 “可以表现得如同单颗芯片一般，实现更高层级的性能提升”。

　　卢梭表示，台积电采用 SoIC 技术的封装产品还需数年时间才会面世。

　　与此同时，三星、SK 海力士、美光等内存企业也拥有自有先进封装工厂，通过 3D 封装将裸片堆叠为高带宽内存。

　　在加紧量产芯片的同时，内存与逻辑芯片厂商还在探索用铜垫替代传统凸点的混合键合新技术，提升堆叠芯片的集成密度。

　　瓦达曼解释道：“我们可以采用垫对垫连接替代凸点连接，距离几乎为零，从而获得更优的功耗表现。同时电气性能也更佳，因为路径越短效果越好。”