半导体与芯片

先进封装:Chiplet技术路线与产业链重构

2026年07月01日  ·  约5000字  ·  ¥3.00

2026年的半导体行业有一个公开的秘密:继续沿着传统摩尔定律微缩制程的性价比越来越低。3nm晶圆的单片成本已经超过2万美元,2nm预计将突破3万美元。但同样重要的是,先进封装正在提供一条性价比高得多的替代路线。

Chiplet(小芯片)是这个新范式的核心概念。传统SoC追求将所有功能集成在一颗大芯片上,每个晶体管都使用同样的先进制程。Chiplet的思路则是:将不同功能模块拆成独立的小芯片,每个小芯片用最适合的制程制造,然后通过先进封装技术将它们互联起来。CPU核心用3nm,I/O模块用成熟12nm,AI加速器用5nm,一根硅中介层把它们焊在一起。这样做的好处非常直观:成本降低、良率提高、设计灵活度大增。

AMD是Chiplet路线最激进的践行者。从2019年的Zen 2架构开始,AMD就将CPU计算核心和I/O Die拆开。到2026年的Zen 6架构,AMD已经将一个处理器拆成了超过15个Chiplet,不同Chiplet的制程节点从5nm到12nm不等。这种策略让AMD在服务器CPU的市场份额从2019年的不到5%一路上升到2026年的约35%。

台积电的CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)是当前最主流的先进封装平台。CoWoS将多个芯片并排放在一片硅中介层上,通过硅中介层中的微凸点和TSV实现芯片间互联。一个典型的CoWoS封装可以容纳超过3000平方毫米的总芯片面积,这意味着理论上可以把两块光罩极限尺寸的芯片拼在一起。但CoWoS的产能严重不足。2026年台积电的CoWoS月产能约为4.5万片,而市场需求估计超过6万片。英伟达一家就消耗了CoWoS产能的约60%。

产能的紧缺催生了替代方案。英特尔主推EMIB(嵌入式多芯片互连桥),不需要整片硅中介层,只在芯片间嵌入小块硅桥。三星则力推I-Cube和X-Cube封装平台。更重要的是,一些封装技术的创新正在绕过台积电的垄断。

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Chiplet标准化:UCIe协议与生态之争

Chiplet的核心挑战不是制造,而是标准化。如果每家公司的Chiplet采用不同的接口协议,A公司的CPU die就无法和B公司的AI die拼在一起。这就像乐高积木,如果每个厂商的凸点和凹槽尺寸不一样,积木就搭不起来。

UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)协议就是为了解决这个问题。2022年,英特尔、AMD、ARM、高通、台积电、三星等联合发布了UCIe 1.0标准。到2025年底,UCIe 2.0发布,将带宽密度提升到每毫米边缘超过5Tbps,功耗效率提升了40%。UCIe 2.0还首次引入了3D堆叠场景的接口规范,为Chiplet从2D并排走向3D堆叠提供了标准支撑。

UCIe生态的崛起将对半导体产业链产生深远影响。如果Chiplet互连有了统一标准,芯片设计公司就不再需要自己搞定从芯片到封装的完整链条。他们可以像搭乐高一样,从不同的IP供应商购买经过UCIe认证的Chiplet,然后委托封测厂完成组装。这本质上是在将半导体行业从"垂直整合"推向"水平分工",类似于1980年代Fabless模式的兴起。

但UCIe标准距离普及还有两个主要障碍。第一是物理实现的复杂性。虽然协议标准统一了,但不同制程节点之间的物理层适配仍然需要大量定制化工作。第二是商业模式。Chiplet时代的IP授权和收费模式还不清晰。ARM按芯片售价的百分比收取架构授权费,但如果CPU只是一个Chiplet,这个比例该怎么算?

先进封装的技术路线之争

先进封装目前有四大技术路线并行推进,各有优劣。

CoWoS(台积电):基于整片硅中介层的2.5D封装,是目前性能最高的方案。但成本和产能是硬伤。台积电正在扩建CoWoS产能,计划到2027年月产能超过8万片。

EMIB(英特尔):只在芯片间嵌入小块硅桥,不需要整片中介层。成本更低,灵活性更高,但在超多芯片互连场景下布线复杂度会增加。英特尔在Ponte Vecchio GPU上已经验证了EMIB的可行性。

FOCoS(日月光):用扇出型封装(Fan-Out)代替硅中介层,在有机基板上实现高密度互连。日月光在2025年将FOCoS的线宽线距缩小到2μm/2μm,已经接近先进硅中介层的水平。对于不需要顶级互连密度的应用,FOCoS提供了性价比最高的方案。

Hybrid Bonding(索尼/台积电):直接通过铜-铜键合实现芯片间的电气连接,不需要微凸点,可以实现亚微米级别的互连间距。这是3D封装的核心技术,CIS图像传感器和HBM已经开始使用。但Hybrid Bonding对芯片表面的平整度要求极高,良率控制极难。

产业链重塑:谁在受益,谁被颠覆

Chiplet和先进封装的兴起正在重塑半导体产业链的价值分配。

受益方一:封测代工厂。传统封装是一个低附加值的行业,毛利率通常只有15-25%。但先进封装完全不同,CoWoS级封装的价格是传统FC-BGA封装的5-10倍。日月光、长电科技、通富微电等头部封测厂正在经历量价齐升的黄金期。特别是通富微电与AMD的深度绑定,使其在Chiplet封装上积累了比同行更丰富的经验。

受益方二:EDA与IP厂商。Chiplet设计远比单芯片SoC复杂。热仿真、信号完整性分析、电源网络设计都需要全新工具。Cadence和Synopsys已经推出了Chiplet专用设计平台。IP厂商如ARM、芯原股份也在积极推出Chiplet-ready的IP产品。

受益方三:先进基板供应商。无论是CoWoS还是EMIB,都需要高密度有机基板作为最终载体。日本的揖斐电(Ibiden)和新光电气(Shinko)在ABF载板领域占据主导地位,产能同样供不应求。

被挑战方:传统IDM厂商的垂直整合模式受到冲击。如果Chiplet生态成熟,英特尔的晶圆厂优势可能被削弱,因为客户可以把不同的Chiplet交给不同的代工厂制造,最后统一封装。这也是英特尔全力推进代工服务(IFS)并加入UCIe联盟的原因,不能让自己被排除在新生态之外。

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