三大晶圆厂的先进封装

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随着传统晶体管尺寸缩小变得越来越困难且成本越来越高，先进的半导体封装技术对于提升计算性能至关重要。芯片制造商不再需要将整个处理器制造成一个大型单芯片，而是可以将其分割成更小的芯片组，并将逻辑、存储器、输入/输出和专用加速器集成到一个封装内。台积电、英特尔晶圆代工和三星晶圆代工都提供用于此目的的技术，但它们的产品组合在架构、成熟度、市场地位和集成策略方面各不相同。

台积电将其先进封装技术归类于3DFabric平台之下。其主要产品包括CoWoS、InFO和SoIC。CoWoS（芯片-晶圆-基板）主要是一种2.5D技术，应用于高性能计算和人工智能领域。它将逻辑芯片和高带宽内存（HBM）放置在中间层上，从而实现高密度、高速连接。CoWoS-S采用硅中间层，而CoWoS-L则将局部硅互连与重分布层结构相结合。CoWoS-R则更多地依赖重分布层，为合适的设计提供经济高效的解决方案。

CoWoS对大型 AI 加速器而言尤为重要，因为在这些加速器中，多个 HBM 堆叠必须以极高的带宽与 GPU 或定制处理器进行通信。台积电表示，CoWoS-S 支持尺寸约为光刻掩模尺寸 3.3 倍的硅中介层，而 CoWoS-L 和 CoWoS-R 则适用于更大的配置。台积电的 InFO 系列采用扇出型封装，无需传统的硅中介层，适用于对薄型封装、高效布线和低成本有较高要求的应用场景。SoIC 通过直接堆叠具有高密度垂直连接的芯片，实现了真正的三维集成。SoIC 堆叠还可以集成到 CoWoS 或 InFO 封装中，从而构建台积电所谓的“3Dx3D”系统。台积电 3DFabric 概述

英特尔晶圆代工的核心产品组合是EMIB和Foveros。EMIB，即嵌入式多芯片互连桥，通过嵌入有机封装基板中的小型硅桥连接并排排列的芯片组。与全硅中介层不同，EMIB仅在需要密集芯片间通信的地方放置硅片。这可以减少硅片用量，简化某些组装环节，并允许设计人员构建大于单个光罩的封装。EMIB非常适合连接计算单元、I/O芯片和HBM，同时保持每个组件相对易于散热。

Foveros 通过支持垂直集成来完善 EMIB。在 Foveros 封装中，计算芯片可以堆叠在提供通信或其他功能的有源基片上。Foveros Direct 采用铜对铜混合键合技术，可实现更小的连接间距、更低的电阻以及堆叠芯片间更大的带宽。英特尔可以将 Foveros 堆叠芯片与 EMIB 桥接芯片组合在 EMIB 3.5D 封装中，从而同时获得垂直密度和水平可扩展性。英特尔还在扩展产品组合，推出了 EMIB-T（增加了硅通孔）和 Foveros-R（一种旨在平衡成本和性能的重分布层选项）等变体。英特尔晶圆代工封装概述

三星晶圆代工提供可比拟的横向和纵向集成技术。其目前的横向产品组合包括 2.5D Cube-S 和 2.3D Cube-E 及 Cube-R。Cube-S（此前与三星的 I-Cube 命名相关）将逻辑芯片和 HBM 内存封装在硅中介层上。三星表示，符合要求的配置可以使用 3.3 英寸光罩尺寸的中介层，并集成多达八个 HBM 模块，更大的配置可支持额外的内存容量。Cube-E 使用嵌入式硅桥，其概念与英特尔 EMIB 类似，而 Cube-R 则采用重分布层中介层。

为了实现垂直整合，三星提供 3D Cube 技术（原名X-Cube）。3D Cube-T 采用晶圆级芯片制造工艺中的热压键合技术，而 3D Cube-H 则采用混合铜键合技术，以实现更小的间距和更优异的电气性能。这些技术通过堆叠芯片来缩短通信路径，节省封装面积，并降低与超大型单片芯片相关的良率风险。三星的更广泛优势在于其能够将晶圆代工、封装和存储器方面的专业知识整合于同一家公司——这对于高度依赖 HBM 的系统而言极具吸引力。三星晶圆代工封装概览

从技术角度来看，这三家公司都在朝着相似的方向发展。台积电的CoWoS-S和三星的Cube-S采用大型硅中介层实现2.5D集成。英特尔的EMIB和三星的Cube-E则使用局部嵌入式桥接技术而非完整的中介层。台积电的SoIC、英特尔的Foveros Direct和三星的3D Cube-H则通过先进的键合技术实现高密度垂直堆叠。此外，每家厂商还提供重分布层替代方案，以便在不需要最大硅中介层密度的情况下降低成本。

它们的主要区别在于执行方式和生态系统。台积电作为众多无晶圆厂客户的领先先进芯片制造商，拥有强大的客户基础，这为3DFabric和CoWoS带来了广泛的人工智能产品市场。英特尔在封装其自身复杂的处理器方面拥有丰富的经验，并强调灵活的桥接集成、大尺寸封装和地理分布式组装能力。三星提供垂直整合的方案，连接逻辑制造、先进封装和存储器生产，但客户必须评估其具体的工艺成熟度、设计生态系统、产能和产品要求。

总而言之：没有绝对优越的产品组合。台积电在基于中介层的AI封装领域尤为突出；英特尔凭借EMIB和3.5D架构脱颖而出；三星则提供广泛且日益统一的中介层、桥接和垂直堆叠技术。正确的选择取决于带宽、散热限制、HBM数量、芯片来源、封装尺寸、产能、成本和供应链策略。

（来源：编译自semiwiki）

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