撰文 尤韻蓉

CoWoS是什麼?為何輝達、超微搶著要?一次看懂CoWoS封裝技術


2024 年 6 月輝達(NVIDIA)執行長黃仁勳來台灣參加台北國際電腦展(COMPUTEX),當時業界傳出一則消息,在他到台積電拜訪時,向對方要求開設輝達專屬的 CoWoS 產線,卻遭台積電高層拒絕,氣氛一度尷尬。
除了黃仁勳想要 CoWoS 外,市調公司集邦科技(TrendForce)在 2023 年指出,超微半導體(AMD)、博通(Broadcom)等 AI 科技巨頭,也紛紛向台積電追加 CoWoS 訂單。在 2024 年台積電 Q2 法說會,董事長魏哲家還表示,CoWoS 供給吃緊,在 2024 年、2025 產能都將倍增。講到這裡,或許你會想,到底什麼是 CoWoS、為什麼這些科技大廠搶著要?
CoWoS 是什麼?讓摩爾定律延續的封裝技術
CoWoS 是台積電研發的一種先進封裝技術,也是讓晶片效能繼續提升的重要武器。半導體產業有「摩爾定律」,即每 24 個月,晶片能容納的電晶體(晶片的最小單位)數量會增加一倍,進而提升晶片效能。然而,要在晶片內放入更多電晶體,就要把它的尺寸愈做愈小,但現在的電晶體大小已經接近物理極限,例如台積電預計於 2026 年量產的 A16 製程( 電晶體的閘極長度為 1.6 奈米的製程,1 奈米相當於頭髮直徑的 10 萬分之ㄧ ),讓這項定律被挑戰;除了從製程下手,研發人員也轉往開發先進封裝技術,讓電晶體不用愈變愈小,晶片效能也可以繼續提升。
CoWoS 的全名為「Chip-on-Wafer-on-Substrate」,根據知識力科技執行長曲建仲解釋,CoWoS 可以拆分為「CoW」和「WoS」兩種技術,CoW 為 Chip-on-Wafer,是將晶片放在矽中介板上,這個矽中介板負責傳遞多個晶片之間的訊號, WoS 則是 Wafer-on-Substrate,把矽中介板放在載板上。相較於傳統封裝常見的 2D 水平封裝技術,CoWoS 藉由把晶片堆疊到矽中介板上,讓晶片的距離更接近,因此封裝完後的成品體積更小,也能提高通訊和資料傳輸速度,使效能更好。
CoWoS 包含 2.5D 與 3D 兩種封裝模式(如下圖所示), 如果把晶片當成房子來比喻,可以把傳統 2D 封裝技術想成一間間散落在不同地方的房子,這些房子分布在各自的基板上,彼此之間的溝通需要透過較長的路徑。CoWoS 的 2.5D 封裝則是把這些房子都集中到一個社區(同一塊矽中介板),雖然房子仍然是水平排列,但它們被集中到一個更近的範圍內。3D 封裝則是把晶片堆疊起來,變成一棟大樓的概念。
曲建仲指出,目前 CoWoS 技術能做到的是將記憶體晶片堆疊起來,這些被堆疊起來的記憶體晶片就叫做高頻寬記憶體(HBM,High Bandwidth Memory),也是近年因 AI 時代來臨,備受關注的記憶體晶片。
此外,台積電還一個繼 CoWoS 後受到高度關注的封裝技術 SoIC,它是業界第一個高密度 3D 小晶片堆疊技術,傳出 ADM 為客戶之一。曲建仲指出,SoIC 的重點在於可以將處理器與記憶體晶片垂直堆疊,或將處理器與處理器晶片垂直堆疊,再縮小晶片體積,提升效能,也是目前台積電在先進封裝技術的重要武器。
CoWoS 用在哪?受惠於輝達、蘋果等大客戶,台積電仍居主導地位
〈AI 晶片技術專利系列一台積電的 CoWoS 技術獨霸世界〉指出,CoWoS 應用領域廣泛,包含 AI 伺服器、數據中心、5G 通訊、物聯網、車用電子等,主要用於 7 奈米(先進製程)以下的晶片,例如輝達的 AI 晶片架構 Blackwell 就採用 CoWoS 封裝技術,以及超微、蘋果、博通等科技巨頭都是客戶,這些客戶為因應 AI 發展,需開發出算力更好、效能更佳的晶片,就需要先進封裝技術配合。
集邦科技指出,得益於這些大客戶,台積電在先進封裝技術有主導地位,且能繼續透過大量訂單來提升技術;相比之下,英特爾(Intel)缺乏代工經驗,要擴大先進封裝市場份額,仍處於劣勢,而三星(Samsung)則是因為在先進製程有良率不佳的問題,讓客戶在考慮把封裝外包給它時會有疑慮。
CoWoS概念股有哪些?
技術、設備 | 企業名稱 | 股票代號 |
---|---|---|
CoWoS 封裝技術 | 台積電 | 2330 |
日月光 | 3711 | |
測試 | 京元電子 | 2449 |
IC 載板 | 欣興 | 3037 |
測試探針卡 | 穎崴 | 6515 |
旺矽 | 6223 | |
PCB 基板 | 楠梓電 | 2316 |
測試板 | 精測 | 6510 |
鑽石碟切割 | 中砂 | 1560 |
矽智財(IP) | 創意 | 3443 |
EUV 光罩盒 | 家登 | 3680 |
晶片挑揀機 | 均華 | 6640 |
貼膜設備 | 志聖 | 2467 |
資料來源:TechoVedas 1、TechoVedas 2、科技產業資訊室、TrendForce 1、TrendForce 2、台積電YouTube頻道、富邦證券
核稿編輯:王宥筑