AI芯片供不應求：英偉達、AMD包下臺積電兩年先進封裝產能

據《臺灣經濟日報》報道，英偉達、AMD兩家公司重視高性能計算（HPC）市場，包下臺積電今明兩年CoWoS與SoIC先進封裝產能。臺積電高度看好AI相關應用帶來的動能，臺積電對AI相關應用的發展前景充滿信心，該公司總裁魏哲家在4月份的財報會議上調整了AI訂單的預期和營收占比，訂單預期從原先的2027年拉長到2028年。

臺積電認為，服務器AI處理器今年貢獻營收將增長超過一倍，占公司2024年總營收十位數低段百分比，預計未來五年服務器AI處理器年復合增長率達50%，2028年將占臺積電營收超過20%。

全球云服務公司（如亞馬遜 AWS、微軟、谷歌、Meta）正在積極投入AI服務器軍備競賽。英偉達、AMD的產品供不應求，他們全力向臺積電下單，以應對云服務公司的大量訂單需求。

英偉達目前的主力產品H100芯片主要采用臺積電4nm制程，并采用CoWoS先進封裝，與SK海力士的高帶寬內存（HBM）以2.5D封裝形式提供給客戶；AMD的MI300系列則采用臺積電5nm和6nm制程生產，與英偉達不同的是，AMD先采用臺積電的SoIC將CPU、GPU芯片做垂直堆疊整合，再與HBM做CoWoS先進封裝。

臺積電當前憑借其領先業界的2.5D/3D先進封裝吃下市場幾乎所有5nm及以下制程高端芯片封裝訂單，并且先進封裝產能遠無法滿足需求，英偉達H100/H200供不應求正是受限于臺積電2.5D級別的CoWoS封裝產能。為應對客戶的巨大需求，臺積電正在積極擴充先進封裝產能。今年底臺積電的CoWoS月產能將達到4.5萬至5萬片，SoIC預計今年底月產能可達五、六千片，并在2025年底沖上單月1萬片規模。

CoWoS

CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）是一種2.5D的整合生產技術，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。

SoIC

SoIC于2018年4月公開，是臺積電基于CoWoS與多晶圓堆疊（WoW）封裝技術，開發的新一代創新封裝技術，這標志著臺積電已具備直接為客戶生產3D IC的能力。

相較2.5D封裝方案，SoIC的凸塊密度更高，傳輸速度更快，功耗更低。

隨著在硅片上壓縮更多晶體管的成本越來越高，chiplet先進封裝是一個吸引全球芯片公司關注的領域。在我們所處的“后摩爾時代”（Post-Moore Era），芯片先進制程突破面臨極大難度（如量子隧穿效應以及開發成本指數級增長），加之逐漸邁入AI時代以及萬物互聯趨勢愈發明顯，多種任務帶來的算力需求可能激增，比如深度學習任務、訓練/推理、AI驅動的圖像渲染、識別等。這些任務對硬件性能要求都非常高，這意味著像PC那樣單獨集成的CPU或GPU已經無法滿足算力需求。

因此，Chiplet先進封裝應運而生。Chiplet封裝技術可以使不同的GPU模塊，或者CPU、FPGA、ASIC芯片等在同一個系統中協同工作，最大化地高效調度各類型芯片算力，以提供更大規模的并行計算能力。IDC預計至2024下半年，臺積電CoWoS產能有望大幅增加約130% 。

當前AI芯片需求可謂無比強勁，未來很長一段時間可能也是如此，而AI芯片制程主要集中于5nm以及以下的先進制程。根據市場研究機構Gartner最新預測，到2024年AI芯片市場規模將較上一年增長 25.6%，達到671億美元，預計到2027年，AI芯片市場規模預計將是2023年規模的兩倍以上，達到1194億美元。知名市場研究機構Precedence Research近期發布的AI芯片市場規模預測報告顯示，預計到2032年涵蓋CPU、GPU、ASIC以及FPGA等類型AI芯片市場規模將從2023年的約219億美元激增至2274.8億美元，2023-2032年復合增速接近30%。