臺積電將制造前所未有的巨型芯片

您是否認為AMD的 Instinct MI300X和英偉達B200是面積很大的GPU？再想一想：臺積電正在開發其基板芯片（CoWoS）封裝技術的一個版本，該技術將使系統級封裝（SiP）大兩倍以上，該公司在其北美技術研討會上宣布。這些將使用120x120mm的巨型封裝，并將消耗數千瓦的電力。

最新版本的CoWoS允許臺積電構建是常規光掩模尺寸（858mm2）大約3.3倍的硅中介層。因此，邏輯電路、8個HBM3/HBM3E 內存堆棧、I/O和其它小芯片最多可以占用 2831mm2 的面積。AMD 的 Instinct MI300X 和英偉達的B200使用這項技術，盡管英偉達的B200處理器比 AMD 的 MI300X 大。

下一代CoWoS_L將于 2026 年投入生產，將能夠實現約 5.5 倍的十字線尺寸的轉接板（這可能不如去年宣布的 6 倍十字線尺寸那么令人印象深刻）。這意味著 4719 mm2 將可用于邏輯、多達 12 個 HBM 內存堆棧和其他小芯片。這樣的SiP還需要更大的基板，根據臺積電的幻燈片，我們正在尋找100x100mm。因此，此類處理器將無法使用 OAM 模塊。

臺積電不會止步于此，到2027年，它將擁有CoWoS技術的一個新版本，該技術將使轉接層的尺寸達到8倍或更多，這將使小芯片的空間達到6864平方毫米。臺積電設想的設計之一依賴于四個堆疊式系統級集成芯片 （SoIC），與 12 個 HBM4 內存堆棧和額外的 I/O 芯片配對。這樣一個巨人肯定會消耗大量的電力——我們在這里談論的是數千瓦，需要非常復雜的冷卻技術。臺積電還希望此類解決方案使用120x120mm的基板。

有趣的是，今年早些時候，Broadcom 展示了一款定制的 AI 處理器，具有兩個邏輯芯片和 12 個 HBM 內存堆棧。我們沒有這個規格，但它看起來比 AMD 的 Instinct MI300X和英偉達的B200大，不過，它沒有臺積電2027年計劃的那么大。

CoWoS結構及技術分類介紹

CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）是臺積電的一種 2.5D 先進封裝技 術，由 CoW 和 oS 組合而來：

先將芯片通過 Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連 接至硅晶圓，再把 CoW 芯片與基板（Substrate）連接，整合成 CoWoS。核心是將 不同的芯片堆疊在同一片硅中介層實現多顆芯片互聯。在硅中介層中，臺積電使 用微凸塊（μBmps）、硅通孔（TSV）等技術，代替了傳統引線鍵合用于裸片間連 接，大大提高了互聯密度以及數據傳輸帶寬。CoWoS 技術能夠提高系統性能、降 低功耗、縮小封裝尺寸，也為臺積電在后續的封裝技術保持領先奠定了基礎。

根據采用的不同的中介層，臺積電把 CoWoS 封裝技術分為三種類型——CoWoS-S、CoWoS-R以及 CoWoS-L。

CoWoS-S（Silicon Interposer）即 2011 年首次亮相的用硅（Si）襯底作為 中 介 層 的 先 進 封 裝 技 術 （ chip-on-wafer-on-substrate with silicon interposer），提供廣泛的中介層尺寸、HBM 立方體數量和封裝尺寸，可以實現大 于 2X 的光罩尺寸（1,700mm2），中介層集成了領先的 SoC 芯片和四個以上的 HBM2/HBM2E 立方體。在過去，“CoWoS”一般即指以硅基板作為中介層的先進封裝 技術。

CoWoS-S 從 2011 年的第一代升級到 2021 年的第五代，第六代技術有望于 2023 年推出，將會在基板上封裝 2 顆運算核心，同時可以板載多達 12 顆 HBM 緩 存芯片。第五代 CoWoS-S 技術使用了全新的 TSV 解決方案，更厚的銅連接線，晶 體管數量是第 3 代的 20 倍。它的硅中介層擴大到 2500mm2，相當于 3 倍光罩面 積，擁有 8 個 HBM2E 堆棧的空間，容量高達 128 GB。并且，臺積電以 Metal Tim 形式提供最新高性能處理器散熱解決方案，與第一代 Gel TIM 相比，封裝熱阻降 低至 0.15 倍。

CoWoS-R（RDL Interposer）是使用有機基板/重新布線層（RDL）替代了硅 （Si）作為中介層的先進封裝技術。CoWoS-R 采用 InFO 技術使用 RDL 作為中介 層并為 chiplets 之間的互連提供服務，特別是在 HBM（高帶寬存儲器）和 SoC 異 構集成中。RDL 中介層由聚合物和銅走線組成，機械靈活性相對較高，這種靈活 性增強了 C4 接頭的完整性，并允許新封裝可以擴大其尺寸以滿足更復雜的功能 需求。

CoWoS-L是使用小芯 片（chiplet）和 RDL 作為中介層（硅橋）的先進封裝技術，結合了 CoWoS-S 和 InFO 技術的優點，具有靈活的集成性。CoWoS-L 使用內插器與 LSI（本地硅互連） 芯片進行芯片間互連，以及用于電源和信號傳輸的 RDL 層，從 1.5 倍 reticle interposer 尺寸和 1 倍 SoC+4 倍 HBM 立方體開始，并將向前擴展，將包絡擴大 到更大的尺寸，以集成更多芯片。

CoWoS-L 服務的主要功能包括：第一，LSI 芯片，用于通過多層亞微米銅線實現高布線密度晶粒互連。LSI 芯片 可以在每個產品中具有多種連接架構（例如 SoC 到 SoC、SoC 到 chiplet、SoC 到 HBM 等），也可以重復用于多個產品。相應的金屬類型、層數和間距與 CoWoS-S 的 產品一致。第二，基于成型的中介層，正面和背面具有寬間距的 RDL 層，TIV（通過中介層 通孔）用于信號和功率傳輸，可在高速傳輸中提供低高頻信號損失。第三，能夠在 SoC 芯片下方集成其他元件，例如獨立的 IPD（集成無源器件）， 以支持其與更好的 PI/SI 的信號通信。