Chiplet 技術(shù)帶來國產(chǎn)芯片供應(yīng)鏈機(jī)遇

• 陳博 2023年11月3日 來源：中研網(wǎng) 711 42
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算力芯片的2.5D/3D封裝主要包括中段晶圓級封裝+后段封裝。以臺積電CoWoS封裝為例：1）晶圓級封裝：計(jì)算核心等芯片晶圓制造完成后在重構(gòu)晶圓上制造RDL和bump；2）COW：將計(jì)算核心、I/Odie、HBM等芯片封裝在Interposer上，即為CoWoS（chiponwaferonsubstrate）的chipon

得益于Chiplet技術(shù)在大規(guī)模算力芯片領(lǐng)域的優(yōu)異表現(xiàn)，業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)公司巨頭紛紛加入推廣Chiplet成為行業(yè)主流方案。2022年3月3日，AMD、Intel等半導(dǎo)體巨頭宣布共同成立Chiplet行業(yè)聯(lián)盟，目標(biāo)共同打造Chiplet互連標(biāo)準(zhǔn)、推進(jìn)開放生態(tài)，并制定了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范UCIe，在芯片封裝層面確立互聯(lián)互通的高速接口標(biāo)準(zhǔn)。

目前市面上的主流算力芯片廠商均導(dǎo)入了Chiplet方案，尤其是在AI芯片領(lǐng)域。Nvdia方面，當(dāng)前主力產(chǎn)品A100/H100均采用臺積電CoWoS2.5D封裝，A100采用7nm制程，最高配備80GBHBM2E;H100則采用4nm制程，并配備最高80GBHBM3。AMD方面則推出了更大規(guī)模的Chiplet產(chǎn)品，其2023年6月14日正式發(fā)布的MI300AI加速卡擁有13個(gè)小芯片，共包括9個(gè)5nm的計(jì)算核心(6個(gè)GCD+3個(gè)CCD)，4個(gè)6nm的I/Odie兼InfinityCache(同時(shí)起到中介層的作用，位于計(jì)算核心和interposer之間)，還配備了累計(jì)8顆共計(jì)128GB的HBM3芯片。相較Nvdia的A/H系列產(chǎn)品，MI300更進(jìn)一步的將SOC拆分成了多顆小芯粒，并擁有更大的面積、芯粒數(shù)量、緩存顆粒數(shù)量。

國內(nèi)算力芯片廠商亦在快速跟進(jìn)，除了前文提到的壁仞科技以外，沐曦、天數(shù)等AI芯片廠商亦紛紛推出異構(gòu)集成的GPU產(chǎn)品，導(dǎo)入HBM存儲，我們相信Chiplet的技術(shù)優(yōu)勢將使其成為算力芯片未來的主流方案，給產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)帶來價(jià)值增量。下文我們將具體討論Chiplet的產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)展，以及其對國產(chǎn)供應(yīng)鏈的拉動作用。

1、封裝：晶圓廠主導(dǎo)，封裝廠商配套導(dǎo)入中

算力芯片的2.5D/3D封裝主要包括中段晶圓級封裝+后段封裝。以臺積電CoWoS封裝為例：1)晶圓級封裝：計(jì)算核心等芯片晶圓制造完成后在重構(gòu)晶圓上制造RDL和bump;2)COW：將計(jì)算核心、I/Odie、HBM等芯片封裝在Interposer上，即為CoWoS(chiponwaferonsubstrate)的chiponwafer環(huán)節(jié);3)OS：完成CoW封裝的整個(gè)系統(tǒng)在封裝基板上封裝，這一步即CoWoS的onsubstrate環(huán)節(jié)，其封裝方式與傳統(tǒng)的FCBGA的后段封裝基本類似。

與傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈分工不同的是，2.5D/3D封裝是在晶圓制造和傳統(tǒng)的后段封裝之間增加了額外的環(huán)節(jié)，因此晶圓廠和封裝廠均有參與機(jī)會。當(dāng)前臺積電基本壟斷了全球算力芯片的2.5D封裝市場，受益于算力芯片需求攀升，正在積極擴(kuò)充封裝產(chǎn)能。而于此同時(shí)，國內(nèi)龍頭封裝廠亦在積極把握行業(yè)機(jī)遇，導(dǎo)入客戶Chiplet產(chǎn)品供應(yīng)鏈。通富微電已經(jīng)具備7nmChiplet規(guī)模量產(chǎn)能力，并持續(xù)與AMD等龍頭廠商加深合作;長電科技推出XDFOI?技術(shù)方案，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國際客戶4nm節(jié)點(diǎn)Chiplet產(chǎn)品的量產(chǎn)出貨。此外，Chiplet應(yīng)用加速了晶圓級封裝的需求，國內(nèi)諸多封測廠商都具備晶圓級封裝能力，諸如長電科技、通富微電、華天科技、甬矽電子、盛合晶微等，有望迎來晶圓級封裝的需求增量。我們看好Chiplet技術(shù)應(yīng)用提速之下國內(nèi)先進(jìn)封裝廠商的發(fā)展機(jī)遇。

2、設(shè)備：晶圓級封裝設(shè)備和后道封測設(shè)備需求增長

Chiplet應(yīng)用對設(shè)備的需求拉動來自兩方面：1)晶圓級封裝設(shè)備。晶圓級封裝需要的設(shè)備與前道晶圓制造類似，涉及光刻機(jī)、涂膠顯影設(shè)備、薄膜設(shè)備、電鍍設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、量測設(shè)備等。國產(chǎn)諸多公司都有相關(guān)業(yè)務(wù)：北方華創(chuàng)(刻蝕、薄膜、清洗等)、芯源微(涂膠顯影、清洗)、盛美上海(電鍍、清洗、涂膠顯影、拋光)、中科飛測(檢測)等。2)后道封測設(shè)備。Chiplet封裝依舊需要和傳統(tǒng)封裝類似的封裝和測試環(huán)節(jié)，有望成為國產(chǎn)封測設(shè)備廠商成長的新動力，包括：封裝設(shè)備廠商新益昌、ASMP;測試設(shè)備廠商長川科技、華峰測控、金海通等。

3、材料：ABF載板用量提升

Chiplet技術(shù)發(fā)展增大芯片封裝面積，提升ABF載板用量。Chiplet是將一類滿足特定功能的die(裸片)，通過die-to-die內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起，形成一個(gè)系統(tǒng)芯片，要將這些芯片整合在一起需要更大的ABF載板來放置，這意味著ABF載板耗用的面積將隨chiplet技術(shù)而變大，而載板的面積越大，ABF的良率就會越低，ABF載板需求也會進(jìn)一步提高。同時(shí)，Chiplet先進(jìn)封裝的應(yīng)用也會增加封裝載板層數(shù)，具體層數(shù)與技術(shù)指標(biāo)要求取決于芯片的設(shè)計(jì)方案。

ABF載板已經(jīng)成為FC-BGA封裝的標(biāo)配。ABF載板又被稱為味之素基板，其關(guān)鍵材料ABF膜被日本味之素公司壟斷，是FC-BGA封裝的標(biāo)配材料。ABF載板作為芯片封裝中連接芯片與電路板的中間材料，主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等高運(yùn)算性能芯片，其核心作用就是與芯片進(jìn)行更高密度的高速互聯(lián)通信，然后通過載板上的更多線路與大型PCB板進(jìn)行互聯(lián)，起著承上啟下的作用，進(jìn)而保護(hù)電路完整、減少漏失、固定線路位置、有利于芯片更好的散熱以保護(hù)芯片，甚至可埋入無源、有源器件以實(shí)現(xiàn)一定系統(tǒng)功能。ABF載板廠商主要集中在中國臺灣、日本和韓國。根據(jù)QYResearch統(tǒng)計(jì)及預(yù)測，2021年全球ABF基板市場銷售額達(dá)到43.68億美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到65.29億美元，CAGR為5.56%。目前ABF載板主要有七大供貨商，2021年供貨比重分別是欣興21.6%、Ibiden19.0%、AT&S16.0%、南電13.5%、Shinko12.1%、景碩7.2%、Semco5.1%，2022年除Semco外，其余廠商于皆有進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)。從生產(chǎn)端來看，日本、中國臺灣和韓國主導(dǎo)了全球ABF載板生產(chǎn)，2021年這三大地區(qū)的市場份額分別為25%、44%和9.9%。

未來隨著CPU、GPU、FPGA、ASIC等高性能運(yùn)算芯片需求增長以及Chiplet技術(shù)的廣泛應(yīng)用，ABF載板的需求量將進(jìn)一步提升。國內(nèi)廠商如華正新材、生益科技、方邦股份、興森科技、深南電路等正在加快核心技術(shù)研發(fā)，力爭打破海外壟斷格局。目前華正新材的CBF積層絕緣膜正在加快新產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程，在CPU、GPU等半導(dǎo)體芯片封裝領(lǐng)域進(jìn)入了下游IC載板廠、封裝測試廠及芯片終端驗(yàn)證流程，并取得了良好進(jìn)展。

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