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
  Y( g" s9 H; S, \' ?; D& h7 u半導(dǎo)體行業(yè)長期以來一直受摩爾定律驅(qū)動(dòng)，律預(yù)測(cè)集成線路上的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番。雖然這一原則幾十年來一直指導(dǎo)著芯片開發(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]。

+ J) }8 O: ]8 F' H6 L; @6 ~/ a理解先進(jìn)封裝
. `: N8 m6 I0 N先進(jìn)封裝是半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造的革命性方法，通過減小電氣接觸的尺寸來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)芯片和過程整合到單個(gè)組件中。
% E& ~5 \. f+ A, w
" J2 y. z6 K4 e8 G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。
8 V; m; y3 E- [" y3 E2 ~" 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)。

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，簡單地將更多晶體管塞進(jìn)單個(gè)芯片變得越來越具有挑戰(zhàn)性和昂貴，先進(jìn)封裝提供了引人注目的替代方案。


7 j7 p' R1 E+ z- v% b$ D7 b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。
/ y5 i6 E3 v$ n; g' I0 f' W* c- x2.成本降低：通過選擇多個(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%。
3.尺寸縮小：先進(jìn)封裝可以顯著減少復(fù)雜系統(tǒng)的占用空間。例如，英飛凌通過先進(jìn)封裝將其Optireg線性電壓控制器的部件占用空間減少了60%。
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%。
2 V( x+ E2 Y( O; ~5.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)大型語言模型（LLM）的數(shù)據(jù)中心在經(jīng)濟(jì)上更加可行。
6 @$ n+ A' ?2 i( M
" ~7 D- F$ r# g9 k7 G' J
圖2：先進(jìn)封裝應(yīng)用的例子及其具體優(yōu)勢(shì)。
1 {5 u% |3 ^1 O5 e" M3 \+ }0 U( {
5 K' l8 X" L- y9 w" k. _3 ?  T對(duì)半導(dǎo)體價(jià)值鏈的影響
& u, X5 w+ g4 c3 ^: G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960億美元，增速快于芯片行業(yè)其他部分。

這一增長趨勢(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：
1.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。
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。
& X- q! a+ |7 t3 v$ P1 U+ K3.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)商需要開發(fā)新的創(chuàng)新材料來解決熱膨脹和熱傳遞問題。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。
2 e2 F* b9 N4 D9 {, c
8 Q; y! A  y9 M/ H& _7 G6 x
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。
1 O' |; Y4 g+ H' i
! V( j5 P0 B6 {6 K) |, Q; O' H行業(yè)參與者的戰(zhàn)略影響
* H; e% h( K6 W# L! Z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：

! v2 M$ K1 \# t8 Z; c! h1 @# _無晶圓廠芯片制造商：
% M5 a0 _( p. a, V; B# r) ?6 V

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)

  k  t& S+ _, w! \4 K: H晶圓廠：
# A$ S0 @4 O* t

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發(fā)用于硅中介層的硅通孔（TSV）

- ?. M% L, u; K, i+ t5 J+ u集成器件制造商（IDM）：

為專業(yè)應(yīng)用捕獲系統(tǒng)設(shè)計(jì)師角色

考慮向無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)爭對(duì)手制造的產(chǎn)品之間實(shí)施強(qiáng)大的防火墻

外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試（OSAT）供應(yīng)商：

確定在簡單焊線和先進(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
% W, `4 ^# V$ E9 H8 B0 d; ~2 p

9 u& \& C, `( B1 T, H6 ~6 p7 X
圖4：總結(jié)半導(dǎo)體行業(yè)不同參與者的戰(zhàn)略影響。

3 F& W& W$ S- F' L7 c人工智能在先進(jìn)封裝中的作用
* G3 l6 S  I+ I$ Z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)和制造過程中發(fā)關(guān)鍵作用。集成到EDA軟件中的AI功能可以：

自動(dòng)化IC布局和平面規(guī)劃

優(yōu)化功耗、性能和面積（PPA）

簡化和加速芯片生產(chǎn)

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，必須找到方法來匯集內(nèi)部藍(lán)圖和框架以增強(qiáng)AI知識(shí)庫，而不向競(jìng)爭對(duì)手透露設(shè)計(jì)機(jī)密。

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)國內(nèi)制造業(yè)。
! j' {0 G" t  L: j3.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。
$ U/ N9 K9 M. D8 l) ^! S- _7 r( _
) t- u2 n! p1 P9 N  m先進(jìn)封裝的未來
& k) H( Z# B$ e& J7 ^! t. q- A6 X展望未來，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)爭優(yōu)勢(shì)，還影響著行業(yè)的未來發(fā)展方向。
7 {2 t* j1 g* L0 w
& e% j' Y; E, r) [7 |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：
+ k8 `% n" o/ l( G0 r% J

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

- @! B" Z8 I6 ?  K0 q8 L0 r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。
. g+ h8 ?; e8 f  s8 E1 `

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。

$ c) l1 c7 e  j4 @# G2 [6 i結(jié)論
先進(jìn)封裝時(shí)代的到來為半導(dǎo)體行業(yè)帶來了機(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。
7 f' A0 `( e( l' c/ ~0 _
* d* K. u; c; H, d對(duì)于投資者、戰(zhàn)略合作伙伴和半導(dǎo)體公司來說，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)增長為特征的未來。
1 Y1 |! `( b! n/ I$ \( \

$ D. j+ d4 a1 f, x1 z9 S參考文獻(xiàn)
[1]J. Fitzgerald et al., "Advanced Packaging Is Radically Reshaping the Chip Ecosystem," Boston Consulting Group, May 20, 2024.

. a' h. Y7 B! @8 C2 g7 V6 c8 e: f
. y- _  _$ i$ v3 }1 t2 y
" V& a( k$ J5 k/ M: {- v+ j8 \" d- END -
6 |! _; m8 Z9 S% u+ D8 q' D
軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
9 g% {- y1 B7 J2 L* g8 e8 s6 c! e點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請(qǐng)
* F4 L0 E# S7 {! p) m: D  w
, p9 M. M8 [( K4 R) B' {歡迎轉(zhuǎn)載
7 H4 H" l5 V3 q. U) [0 Y
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
3 U7 P% @, t: O, D若需原文鏈接，可留言或私信溝通~

- @+ C* S- j  Q; v- \  o4 Q


9 U% O9 P7 i! O$ i4 L1 H! F
3 h9 w) ]; A( f5 D
! z* q* D! M/ a1 V0 K關(guān)注我們

' G7 |6 v% Y% H% f2 p

                     
+ Y, j& {* Z& h  o





關(guān)于我們：
  ], P8 e$ P  H4 @" R5 _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)。

http://www.latitudeda.com/
, `5 K# Y4 A( X5 L, I1 ~0 E（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）