先进封装成 AI 芯片刚需，台积电、英特尔、三星竞争谁能胜出

在当今科技飞速发展的时代，AI 芯片竞速赛正如火如荼地进行着，这一竞赛推动了三大刚性需求的出现：算力堆叠需要更多裸片集成、散热成为核心考量因素，同时还要严格控制成本。在这样的趋势下，“先进封装” 技术从幕后走向了台前，成为解决这些问题的关键所在。

先进封装技术，例如 2.5D/3D 封装、Chiplet 异构集成等，通过高密度互连的方式，将多个裸片 / 芯粒（Chiplet）集成于单一封装内。这种技术不仅突破了单芯片的物理极限，提升了算力，还能利用硅中介层 / 微凸块缩短互联距离，从而降低功耗。同时，其模块化设计可以复用成熟工艺裸片，能够显著降低成本，成为同时满足性能、散热与成本需求的重要技术路径。

从当前顶尖 AI 芯片，如 NVIDIA Blackwell B200、AMD Instinct MI325X、Google TPU v7 - Ironwood 等对先进封装技术的依赖程度来看，先进封装的发展潜力已从 “技术选项” 升级为 “战略必需品”。与此同时，台积电、英特尔、三星这三大半导体巨头的竞争正从制程工艺延伸到先进封装主导权的全面争夺。

以 NVIDIA 的 Blackwell B200 芯片为例，它采用了台积电 4NP 工艺和 CoWoS - L 封装技术，实现了 2080 亿个晶体管的集成，是 H100 800 亿晶体管的 2 倍多。而基于 Hopper 架构的 H100 采用的是 CoWoS - S 封装。CoWoS - L 和 CoWoS - S 都是台积电满足高性能、高带宽、高集成度需求的 2.5D 封装技术，它们的主要区别在于中介层不同。CoWoS - S 使用单片硅中介层，追求极致的互连性能和密度，适合集成度要求极高但尺寸未达极限的顶级芯片；CoWoS - L 采用混合中介层，追求突破尺寸限制和更高的成本效益，适合需要超大芯片、更多 HBM 或超大封装的应用场景。

随着 AI 芯片对算力和内存带宽需求的爆炸式增长，CoWoS - L 的重要性日益凸显。目前，在台积电 CoWoS 产能中，NVIDIA 占整体供应量比重超过 50%，是其 CoWoS 主要需求大厂，其需求也在影响着台积电 CoWoS 的技术格局。受 NVIDIA Blackwell 系列 GPU 量产需求推动，台积电预计从 2025 年第四季度开始，将 CoWoS 封装工艺从 CoWoS - S 转向 CoWoS - L 制程。到 2025 年第四季度，CoWoS - L 将占台积电 CoWoS 总产能的 54.6%，CoWoS - S 占 38.5%，而 CoWoS - R 则占 6.9%。

先进封装技术对 AI 芯片的重要性体现在多个方面。它同时解决了 AI 芯片算力堆叠的物理限制、内存带宽瓶颈和成本矛盾，让性能飞跃成为可能。具体来说，它带来了算力性能、内存方面以及经济性的突破。算力性能上，传统单芯片已无法容纳千亿级晶体管，先进封装通过 3D 堆叠、Chiplet 等方式将多个裸片 “拼积木” 集成，算力密度提升数倍；内存方面，AI 训练需每秒 TB 级数据吞吐，先进封装通过硅中介层 + 微凸块将 HBM 内存贴近处理器，带宽大幅提升，打破 “内存墙”；经济性上，摩尔定律逼近物理极限，7nm 以下流片成本暴增，先进封装允许混合使用不同制程的裸片，成本得以大幅下降。

在这场竞争中，三大巨头各自有着独特的技术路径。台积电以硅中介层（CoWoS）实现超大规模逻辑芯片与 HBM 的高速互联，支持千亿晶体管集成。其 CoWoS - L 用 “硅桥岛链” 替代 “硅中介层”，实现封装尺寸与成本的指数级优化。英特尔通过 EMIB/Foveros/Co - EMIB 组合，灵活集成不同工艺的 CPU/GPU/AI 加速单元，提升能效比。英特尔 EMIB 通过将硅桥嵌入基板内部实现芯片间互连，具有整体周期短、成本低等优势，且在第二代 EMIB - T 技术中引入 TSV 技术提升供电能力。三星则专注于优化 HBM 与逻辑芯片的物理距离（I - Cube/X - Cube），最大化带宽并降低延迟。其 H - Cube 解决了大面积 ABF 基板制造难题，M - Series 用有机复合材料替代硅中介层，实现高带宽、低成本、超大尺寸集成。

目前看来，三大巨头的物理级创新已成为超越摩尔定律的关键战场，而技术路线的分化正推动 AI 芯片向更高集成度、更低功耗、更强灵活性加速演进。短期来看，台积电仍然占据优势，但 CoWoS 产能紧张或将成为其发展的掣肘。英特尔若能打通 “设计 - 制程 - 封装 - 基板” 全链，有望凭借玻璃基板 + 背面供电颠覆格局。三星持续押注存储 - 逻辑集成路线，HBM4 堆叠商用的落地情况对其至关重要。

放眼未来，玻璃基板和硅光互连集成是重要的发展方向。台积电正在根据 NVIDIA 需求为其未来的 FOPLP 开发玻璃基板；英特尔正在考虑使用更坚硬的材料作为基板，研究低损耗的基板核心材料；三星正在开发小于 100x100 毫米的玻璃单元。在硅光互连集成方面，台积电与博通已成功试制微环调制器（MRM），NVIDIA 计划在未来芯片采用 CPO 技术，英特尔展示了 OCI 芯粒，三星也在加紧开发先进硅光子学工艺。

先进封装正在成为半导体最重要的赋能技术之一，特别是对于高端 AI 芯片来说更是如此。未来，先进封装将会是更为复杂的制造过程，涉及通过 EDA 软件设计和模拟封装中的多个芯片。同时，创新材料亟需突破，以解决先进封装中众多界面的热膨胀和热传递等问题。并且，必须改进封装设备以满足先进封装不断减小的特征尺寸和不断提高的精度要求。这些将是行业共同面临的挑战和探寻的出路。