随着晶体管微型化逼近物理界限,先进封装技术正成为提升芯片性能的关键。
而EMIB的兴起,恰逢其时。
CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate),在AI时代备受瞩目。
作为台积电在“超越摩尔定律”道路上的核心技术,CoW工艺将多个芯片(如GPU、CPU和HBM等)堆叠并键合到硅中介晶圆上,再与封装基板整合,形成完整的CoWoS结构。
它允许将采用5nm/3nm先进制程的GPU计算单元、HBM芯片,以及成熟制程的I/O接口芯片整合为单一系统级封装,实现性能、功耗与成本的平衡。
在AI算力竞赛中,CoWoS的高带宽优势不可或缺。数据显示,其数据传输带宽可达TB/s级别,较传统封装提升一个数量级,解决了“内存墙”问题,成为高端AI训练芯片的标配。
随着ChatGPT等大模型迭代加速,全球云端AI芯片需求爆发,CoWoS总需求预计将从2024年的37万片增至2026年的100万片。然而,仅少数AI芯片龙头企业具备大规模“锁定产能”的实力,其余厂商面临产能获取不足的困境。
摩根士丹利报告预测,到2026年,英伟达的CoWoS晶圆需求量将达59.5万片,占全球总需求的60%。其中约51万片由台积电承接,主要用于下一代Rubin架构芯片。此外,Amkor和日月光等外包封测厂也将分担部分产能。
紧随其后的是博通,预计需求达15万片,占总需求的15%。其产能主要服务于大客户的定制芯片,包括为谷歌TPU、Meta和OpenAI预订的芯片。
AMD预计获得10.5万片CoWoS晶圆,占据约11%的市场份额。其中8万片将在台积电生产,用于其MI355和MI400系列AI加速器。
其他玩家包括亚马逊、Marvell、联发科等。他们通过合作伙伴预订了共计约13.5万片CoWoS晶圆。综合来看,上述客户已锁定台积电CoWoS总产能的85%以上。
当CoWoS成为少数巨头的专属资源,我们不禁要问:除了CoWoS,还有没有其他选择?
英特尔(Intel)的EMIB先进封装正成为芯片企业的备选方案。
相较于CoWoS,EMIB拥有多项优势。
首先是结构简化。EMIB舍弃昂贵且大面积的中介层,直接将芯片使用内嵌在载板的硅桥方式进行互连,简化整体结构,相对于CoWoS良率更高。
其次是热膨胀系数问题较小。由于EMIB只在芯片边缘嵌硅桥,整体硅比例低,因此硅与基板的接触区域少,导致热膨胀系数不匹配的问题较小。
最后EMIB在封装尺寸也较具优势。相较于CoWoS-S仅能达到3.3倍光罩尺寸、CoWoS-L目前发展至3.5倍,预计在2027年达9倍;EMIB-M已可提供6倍光罩尺寸,并预计2026到2027年可支援到8倍至12倍。价格方面,因EMIB舍弃价格高昂的中介层,能为AI客户提供更具成本优势的解决方案。
然而,EMIB技术也受限于硅桥面积与布线密度,可提供的互连带宽相对较低、讯号传输距离较长,并有延迟性略高的问题。
英特尔自2021年宣布设立独立的晶圆代工服务(Intel Foundry Services, IFS)事业群,耕耘EMIB先进封装技术多年。其已应用至自家Server CPU平台Sapphire Rapids和Granite Rapids等。
EMIB关注度提升的背后,是以谷歌为代表的ASIC方案之崛起。
据悉,Marvell和联发科已考虑将英特尔的EMIB先进封装纳入ASIC芯片设计的可选项中。谷歌也决定于2027年的TPU v9 AI芯片中导入英特尔EMIB先进封装试用。苹果、博通和高通也可能很快成为英特尔晶圆代工业务的客户。
EMIB的崛起,正将先进封装市场拖入“台积电、英特尔、三星”的三强混战。
台积电方面,需特别注意其2026年CoWoS产能大客户多属美国公司。如今美国客户希望实现全产业链的在美生产,但台积电和上下游暂无可用的在美后端产能。
今年中旬,市场消息称台积电正在大规模推进在美生产计划。除芯片制造外,CoWoS等先进封装技术是供应链中最关键的环节之一。据报道,台积电似乎正将战略重心转向该领域,计划2026年启动封装厂建设。
三星也在趁机搅局。其先进封装技术体系分为I-Cube和X-Cube两大系列。其中X-Cube作为三星3D封装的核心,通过TSV技术实现芯片垂直电气互连。
英特尔则公布了EMIB技术的新变体——EMIB-T。这一面向HBM4、UCIe芯片集成的工艺通过TSV和M Bridge技术在基板中构建垂直的电力通道。
全球第二大OSAT企业Amkor宣布与英特尔建立战略合作伙伴关系。其将在多地制造工厂采用EMIB封装工艺。消息人士表示,Amkor不仅将承担英特尔产品部门芯片的EMIB封装,也将为英特尔代工的外部客户提供服务。
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