波士頓咨詢 | 先進(jìn)封裝重塑半導(dǎo)體行業(yè)

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
: i! ?, ?/ J$ P半導(dǎo)體行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)一直受摩爾定律驅(qū)動(dòng)，律預(yù)測(cè)集成線路上的晶體管數(shù)量大約每?jī)赡攴�一番。雖然這一原則幾十年來(lái)一直指導(dǎo)著芯片開(kāi)發(fā)，但我們正在進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，其中替代方法正在獲得突顯。最顯著的發(fā)展之一是先進(jìn)封裝，正在徹底重塑芯片生態(tài)系統(tǒng)[1]。

  }1 K1 V, q) Z8 X' Z9 C理解先進(jìn)封裝
7 k1 \; P. ]1 f+ O' E! Z( v  A先進(jìn)封裝是半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造的革命性方法，通過(guò)減小電氣接觸的尺寸來(lái)容納不斷增加的晶體管數(shù)量。與專注于執(zhí)行一項(xiàng)特定操作或過(guò)程的傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片不同，先進(jìn)多芯片封裝將多個(gè)芯片和過(guò)程整合到單個(gè)組件中。

這種創(chuàng)新技術(shù)將多種半導(dǎo)體組件集成到單個(gè)封裝中，直接解決了關(guān)鍵的半導(dǎo)體技術(shù)和商業(yè)限制。結(jié)果是性能提高、上市時(shí)間縮短、芯片制造成本降低以及功耗降低。
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0 p6 d3 x  ^7 G5 h圖1：先進(jìn)封裝的概念及其相比傳統(tǒng)封裝方法的優(yōu)勢(shì)。
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先進(jìn)封裝特別適合移動(dòng)設(shè)備、汽車計(jì)算和生成式人工智能（GenAI）等關(guān)鍵應(yīng)用。隨著我們進(jìn)入"超越摩爾"時(shí)代，簡(jiǎn)單地將更多晶體管塞進(jìn)單個(gè)芯片變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性和昂貴，先進(jìn)封裝提供了引人注目的替代方案。
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+ f5 n4 _0 g; z, Z( `- o2 v/ K先進(jìn)封裝的優(yōu)勢(shì)
1.性能提升：先進(jìn)封裝允許結(jié)合更小、成本和性能優(yōu)化的裸片。這些組件可以在先進(jìn)基板上更緊密地放置，數(shù)據(jù)傳輸速率比最新主板快35倍。
2.成本降低：通過(guò)選擇多個(gè)較小的芯片而不是單個(gè)大型片上系統(tǒng)（SoC），制造商可以為每個(gè)異構(gòu)集成的裸片選擇不同的節(jié)點(diǎn)尺寸。這種方法可以將制造成本降低多達(dá)50%。
& ?1 i( `" `9 F$ @8 C3 [3.尺寸縮小：先進(jìn)封裝可以顯著減少?gòu)?fù)雜系統(tǒng)的占用空間。例如，英飛凌通過(guò)先進(jìn)封裝將其Optireg線性電壓控制器的部件占用空間減少了60%。
( @" o6 \- [: }" i( ^4.更快上市：像英特爾這樣的公司已經(jīng)表明，從單個(gè)大型SoC轉(zhuǎn)向多個(gè)裸片可以將上市時(shí)間縮短多達(dá)75%。
7 N* Y' Y8 W; }0 h6 L1 b6 P7 W5.功率效率：先進(jìn)封裝中的近距離互連大大降低了功耗，使驅(qū)動(dòng)大型語(yǔ)言模型（LLM）的數(shù)據(jù)中心在經(jīng)濟(jì)上更加可行。
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+ G7 u! j: M. |7 g  l$ ]圖2：先進(jìn)封裝應(yīng)用的例子及其具體優(yōu)勢(shì)。
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對(duì)半導(dǎo)體價(jià)值鏈的影響
0 C7 @$ X/ |4 M- K先進(jìn)封裝的崛起將極大地改變半導(dǎo)體行業(yè)格局。目前，先進(jìn)封裝占半導(dǎo)體市場(chǎng)總額的約8%，預(yù)計(jì)到2030年將翻一番，超過(guò)960億美元，增速快于芯片行業(yè)其他部分。
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3 \! a; i  l/ K' m/ }, o. \$ v" F這一增長(zhǎng)趨勢(shì)正在以幾個(gè)關(guān)鍵方式重塑傳統(tǒng)半導(dǎo)體價(jià)值鏈：
& W3 E+ i/ e. i( B2 R1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)角色提升：先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)的價(jià)值份額顯著上升，突顯其戰(zhàn)略重要性。芯片設(shè)計(jì)師正在將焦點(diǎn)從單個(gè)芯片擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)，包括將多個(gè)裸片集成到先進(jìn)封裝中。
* |# e$ D; d$ U6 ]0 R9 ]2.從前端向后端轉(zhuǎn)移：雖然前端制造將繼續(xù)占據(jù)高價(jià)值份額，但后端設(shè)計(jì)和封裝正在獲得更多重要性和利潤(rùn)價(jià)值。封裝本身正成為創(chuàng)新點(diǎn)和系統(tǒng)性能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。
( V' f$ Y1 v6 _' ]; I3.復(fù)雜性增加：制造先進(jìn)半導(dǎo)體封裝是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要整個(gè)行業(yè)進(jìn)行調(diào)整。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件必須更新以設(shè)計(jì)和模擬封裝中的多個(gè)芯片。材料供應(yīng)商需要開(kāi)發(fā)新的創(chuàng)新材料來(lái)解決熱膨脹和熱傳遞問(wèn)題。封裝設(shè)備必須進(jìn)行修改以滿足不斷減小的特征尺寸和不斷提高的精度要求。

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1 F: p* d5 A+ T! F6 h, p+ P圖3：先進(jìn)封裝如何改變半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)和價(jià)值鏈。
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行業(yè)參與者的戰(zhàn)略影響
先進(jìn)封裝的出現(xiàn)需要半導(dǎo)體行業(yè)各參與者進(jìn)行戰(zhàn)略調(diào)整。以下是不同細(xì)分領(lǐng)域如何為成功定位：

2 k6 j* y, B& U9 q1 `無(wú)晶圓廠芯片制造商：

擴(kuò)展業(yè)務(wù)模型以應(yīng)對(duì)先進(jìn)封裝挑戰(zhàn)

專注于集成整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)

管理跨芯片設(shè)計(jì)師、晶圓廠和材料供應(yīng)商的復(fù)雜供應(yīng)鏈

對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品性能負(fù)責(zé)

# d3 q( \4 Q; N, J晶圓廠：

領(lǐng)先節(jié)點(diǎn)晶圓廠應(yīng)將業(yè)務(wù)擴(kuò)展到先進(jìn)封裝，將自身定位為系統(tǒng)晶圓廠

成熟節(jié)點(diǎn)晶圓廠可以專注于開(kāi)發(fā)用于硅中介層的硅通孔（TSV）
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" e6 W0 |2 A& j8 o, L1 e& l集成器件制造商（IDM）：
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為專業(yè)應(yīng)用捕獲系統(tǒng)設(shè)計(jì)師角色

考慮向無(wú)晶圓廠客戶提供前端和后端設(shè)施作為系統(tǒng)晶圓廠服務(wù)

在內(nèi)部產(chǎn)品和為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手制造的產(chǎn)品之間實(shí)施強(qiáng)大的防火墻
& @' S8 t. k! o) j2 q+ q9 v
+ N! ^! k* [- Z9 w3 }! @) r. S1 |外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試（OSAT）供應(yīng)商：
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確定在簡(jiǎn)單焊線和先進(jìn)2.5D/3D封裝之間的最佳定位

建立在高產(chǎn)量、成本效益高的制造等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)上

發(fā)展面板級(jí)封裝能力
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圖4：總結(jié)半導(dǎo)體行業(yè)不同參與者的戰(zhàn)略影響。

人工智能在先進(jìn)封裝中的作用
. t/ Y7 ^. H$ p隨著半導(dǎo)體行業(yè)擁抱先進(jìn)封裝，人工智能（AI）將在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中發(fā)關(guān)鍵作用。集成到EDA軟件中的AI功能可以：
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自動(dòng)化IC布局和平面規(guī)劃

優(yōu)化功耗、性能和面積（PPA）

簡(jiǎn)化和加速芯片生產(chǎn)

9 r5 B% E. }( |6 A7 h在這種情況下，AI平臺(tái)的成功很大程度上取決于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集的規(guī)模和準(zhǔn)確性。這為EDA軟件供應(yīng)商和芯片設(shè)計(jì)師創(chuàng)造了一個(gè)微妙的平衡，必須找到方法來(lái)匯集內(nèi)部藍(lán)圖和框架以增強(qiáng)AI知識(shí)庫(kù)，而不向競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手透露設(shè)計(jì)機(jī)密。

' p/ I1 s: d2 z4 g9 D- H地緣政治和監(jiān)管考慮
半導(dǎo)體行業(yè)先進(jìn)封裝的崛起并非發(fā)生在真空中。地緣政治和監(jiān)管因素越來(lái)越多地影響著這一領(lǐng)域：
1.政府補(bǔ)貼：許多政府正在為先進(jìn)多芯片封裝提供補(bǔ)貼，以吸引、保留和支持芯片制造的技術(shù)創(chuàng)新。
2.貿(mào)易壁壘：由于半導(dǎo)體被認(rèn)為對(duì)國(guó)家和經(jīng)濟(jì)安全重要，一些地區(qū)正在豎起貿(mào)易壁壘以保護(hù)國(guó)內(nèi)制造業(yè)。
3.供應(yīng)鏈影響：這些措施可能會(huì)影響半導(dǎo)體公司的供應(yīng)、合作伙伴和客戶的可用性，需要仔細(xì)的戰(zhàn)略規(guī)劃。

* }) c" k3 p  O; z: j先進(jìn)封裝的未來(lái)
  h) E% b3 v) Y, l; P9 Y* S展望未來(lái)，很明顯先進(jìn)封裝將在塑造半導(dǎo)體行業(yè)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。認(rèn)識(shí)到并投資于先進(jìn)封裝戰(zhàn)略價(jià)值的公司正在為成功做好準(zhǔn)備。不僅擴(kuò)大了自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，還影響著行業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向。

" D! M9 ?3 M- t- }) G' N) W1 Z在這個(gè)新格局中的贏家將是成功實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)的公司：
" l! g' m6 D; }6 s% U, ?, e4 V# X

在先進(jìn)封裝技術(shù)方面創(chuàng)新

有效應(yīng)對(duì)全球政府政策

與客戶及其應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)建立深厚聯(lián)系

利用最新的AI和設(shè)計(jì)流程

這些行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者將能夠充分利用價(jià)值創(chuàng)造從前端向更加細(xì)致、復(fù)雜和高價(jià)值的后端流程轉(zhuǎn)移。還將為利用新興的GenAI應(yīng)用市場(chǎng)做好準(zhǔn)備，該市場(chǎng)嚴(yán)重依賴先進(jìn)封裝組件。

9 Y. B. U7 a3 M- ]$ A* G3 W
圖5：先進(jìn)封裝在半導(dǎo)體行業(yè)中不斷增加的價(jià)值份額。

% _6 u2 \' `+ t1 O  P' L結(jié)論
先進(jìn)封裝時(shí)代的到來(lái)為半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。認(rèn)識(shí)到并投資于先進(jìn)封裝戰(zhàn)略價(jià)值的公司正在為這個(gè)不斷發(fā)展的格局中的成功做好準(zhǔn)備。
( f8 v& S  j8 u8 z/ j  }
) h" v' ]7 ]5 [$ b4 V. f7 [4 W7 Q對(duì)于投資者、戰(zhàn)略合作伙伴和半導(dǎo)體公司來(lái)說(shuō)，信息很明確：現(xiàn)在是優(yōu)先考慮和投資先進(jìn)封裝的時(shí)候了。那些這樣做的公司將處于引領(lǐng)半導(dǎo)體行業(yè)邁向下一個(gè)性能前沿的前列，進(jìn)入一個(gè)以創(chuàng)新、速度和持續(xù)增長(zhǎng)為特征的未來(lái)。

0 A# q. @. S1 P; `/ T2 Z/ a, N
參考文獻(xiàn)
# r$ Q! h5 `( ?; i5 I0 F5 e[1]J. Fitzgerald et al., "Advanced Packaging Is Radically Reshaping the Chip Ecosystem," Boston Consulting Group, May 20, 2024.

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6 D3 [' }& W2 H+ p關(guān)于我們：
% n% O- B/ ~/ k0 U深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開(kāi)發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

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