據(jù)報道，英偉達A100和H100目前完全外包給臺積電代工，三星未能拿下任何訂單，這完全是因為臺積電CoWoS先進封裝技術領先。現(xiàn)在英偉達、蘋果和AMD的核心產(chǎn)品都依賴臺積電先進制程及封裝技術。因此，即使三星在2022年領先臺積電成功量產(chǎn)3nm制程晶圓，英偉達和蘋果等全球龍頭仍然希望使用臺積電的產(chǎn)能，這也使得目前所有AI及自動駕駛相關芯片的代工大訂單，幾乎都掌握在了臺積電手上。

6月，蘋果Apple Silicon最后一塊拼圖歸位：新款Mac Pro換上M2 Ultra，英特爾徹底從蘋果的Mac產(chǎn)品線消失。承擔這一歷史轉折點的M2 Ultra，成為半導體產(chǎn)業(yè)關注的焦點：

這顆蘋果有史以來面積最大的SoC，由兩顆M2 Max芯片“縫合”而成，晶體管數(shù)量直接翻倍，達到了1340億顆——作為對比，英偉達的RTX4090擁有763億個晶體管，H100為800億。

這塊芯片背后，是一個名為UltraFusion的“縫合技術”。


1、M2 Ultra將兩塊M2 Max“縫合”了起來

當摩爾定律失效成為業(yè)內(nèi)共識，制程提升的成本指數(shù)級飆升，提高制程已不再是高性能芯片增加晶體管數(shù)量的最佳選擇。將兩塊芯片合二為一雖然聽起來簡單粗暴，但在蘋果之前，失敗的嘗試不在少數(shù)。

此前，幾乎所有的“縫合”方案，都無法解決芯片在連接過程中產(chǎn)生的損耗，使得性能往往“1+1<2”。而M2 Ultra卻突破了這一天塹，實現(xiàn)了真正的1+1=2。

UltraFusion背后的功臣并不難猜，正是當前先進封裝產(chǎn)能供不應求的臺積電。

當業(yè)內(nèi)還在熱議英特爾修改命名縮短與臺積電的差距，又或是臺積電和三星誰將率先突破2nm時，臺積電卻早已憑借先進封裝，走在競爭對手的前面，為燈枯油盡的摩爾定律續(xù)命。

為了實現(xiàn)這個1+1=2，臺積電走了20年。


2、停滯20年的間距

2005年，伴隨芯片制程邁入65nm大關，臺積電在全球芯片代工市場中拿下了50%的份額，身后的競爭者似乎只剩下了苦苦追趕的三星，感覺大勢已定的張忠謀宣布卸任CEO，退居二線，但時任臺積電技術總裁蔣尚義卻在思考一個問題：

過去十五年，芯片制程緊跟摩爾定律的路線圖，從600nm一路狂奔到了65nm。但芯片之間封裝的金屬間距（Metal Pitch）卻停留在110um，已經(jīng)20年沒有進步。

何為金屬間距——一般我們拿到手的芯片（如CPU），其實是一個完整的芯片模組。嚴格意義上的芯片，是從晶圓上切割下來的裸片（Die）。

按照傳統(tǒng)封裝的步驟，需要將這些裸片放到基板（Sustrate）上，引出管腳/引線，再將其固定、封裝進一個外殼中，才能應用于實際的電路中。

蔣尚義思考的金屬間距，其實就是圖中引線的間距，比如CPU和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，就是依靠這些引線。理論上來說，引線數(shù)量越多，不同芯片間的連接效率就越高，整體性能也就越好。但由于引線是金屬材質(zhì)，一旦密度提升，功耗和發(fā)熱也會越高。

在這個背景下，蔣尚義構想了一個大膽的方案：與其冒險增加引線的密度，不如把兩塊芯片封裝在一個硅片上，由于物理距離更近，電信號傳輸中的延遲問題得到改善，金屬材質(zhì)帶來的弊病也迎刃而解。

從“先封在拼”轉變?yōu)椤跋绕丛诜狻保罢呷缃癖粴w類為傳統(tǒng)封裝，后者則是近幾年大熱的概念——“先進封裝”。

但在當時，蔣尚義的構想在技術上過于大膽，而且缺乏商業(yè)上的可行性。

所謂摩爾定律，就是指每隔18-24個月，芯片上可容納晶體管數(shù)量翻一番。幾十年里，半導體產(chǎn)業(yè)遵照摩爾定律快速發(fā)展，從130nm到90nm，從65nm到40nm，仿佛游戲過關一樣順暢。

對于代工廠來說，相比芯片制程帶來的性能提升，重金投入先進封裝帶來的性能進步，實在是性價比過低。加上蔣尚義在2006年就跟隨張忠謀一起退休，先進封裝方案并沒有付諸實施。

但到了2009年，業(yè)內(nèi)上下開始攻克28nm制程，工程師們才意識到了問題的嚴重性：晶體管單位制造成本不降反升，制程升級提升性能的性價比開始降低。

換句話說，摩爾定律正在失效。

同一時期，依靠移動終端市場的紅利，三星從微不足道的競爭者迅速成長為臺積電最大的競爭對手。

金融危機期間，臺灣地區(qū)的面板和內(nèi)存產(chǎn)業(yè)被三星的反周期屠刀相繼斬落馬下，擊垮當時利潤大幅下滑臺積電并非沒有可能。

2009年，張忠謀重新出山，并請回了已經(jīng)退休的蔣尚義，希望后者帶領臺積電領先于業(yè)內(nèi)實現(xiàn)28nm制程量產(chǎn)，重現(xiàn)130nm超越IBM的輝煌，并借此關鍵制程，搭上移動終端的末班車。

蔣尚義的回歸，使得臺積電兩年后以“后閘級”技術路線成功超越三星率先量產(chǎn)28nm，而真正讓臺積電贏在了起跑線上的，是其回歸時與“晶體管領先”一同向張忠謀提出的“先進封裝”計劃。

28nm制程，是摩爾定律死亡倒計時的開始，也是臺積電先進封裝的起點。


3、先進封裝已然成為半導體“新戰(zhàn)場”，市場高漲

盡管整體經(jīng)濟不景氣，但先進封裝市場繼續(xù)保持彈性。Yole Group 最新的Advanced Packaging Market Monitor（先進封裝市場監(jiān)測）記錄了與上一年相比， 2022 年的先進封裝的收入增長了約 10%。2022年價值443億美元，預計2022—2028年復合年增長率（CAGR）為10.6%，到2028年達到786億美元。

相比之下，傳統(tǒng)封裝市場預計從 2022 年到 2028 年的復合年增長率將放緩至 3.2%，達到 575 億美元。總體而言，封裝市場預計將以 6.9% 的復合年增長率增長，達到 1360 億美元。

2022年先進封裝市場約占集成電路封裝市場總量的48%。由于各種大趨勢，其份額正在穩(wěn)步增長。在先進封裝市場中，包括FCBGA和FCCSP在內(nèi)的倒裝芯片平臺在2022年占據(jù)51%的市場份額。從2022年到2028年，預計收入復合年增長率最高的細分市場是ED、2.5D/3D和倒裝芯片，增長率分別為30%、19%和8.5%。

到 2022 年，移動和消費者占整個先進封裝市場的 70%，預計 2022 年至 2028 年的復合年增長率為 7%，到 2028 年占先進封裝收入的 61%。 電信和基礎設施部分增長最快，具有估計收入增長率約為 17%，預計到 2028 年將占先進封裝市場的 27%。汽車和運輸將占市場的 9%，而醫(yī)療、工業(yè)和航空航天/國防等其他領域將占3% 。

盡管傳統(tǒng)封裝目前主導晶圓生產(chǎn)，到 2022 年將占總產(chǎn)量的近 73%，但先進封裝市場的份額正在逐漸增加。 先進封裝晶圓的市場份額預計將從 2022年的約27%增長到2028年的32%。以單位計算，傳統(tǒng)封裝占據(jù)超過94%的市場份額，但從2022年到2028年，先進封裝的出貨量預計將以6%左右的復合年增長率（按銷量計算）增長，2028年達到1010億臺。


4、中國大陸走到哪兒了？

長期以來，封裝測試環(huán)節(jié)都是芯片產(chǎn)業(yè)鏈的底端，因此很早就從日韓向中國大陸轉移。近十年來，封測已經(jīng)成為中國大陸發(fā)展最快、目前最具優(yōu)勢的環(huán)節(jié)。

而當晶圓制造環(huán)節(jié)由于眾所周知的原因，難以向14nm以下再進一步時，先進封裝的出現(xiàn)，也一度被視為彎道超車的秘籍。

事實上，中國大陸的頭部廠商在先進封裝的開發(fā)上也并不落后。例如全球第三、中國大陸第一的封測廠長電科技，已經(jīng)開發(fā)了2.5D/3D封裝、晶圓級封裝（WLP）、堆疊封裝（PoP）等先進封裝技術，覆蓋面可追平日月光。

全球第五、中國大陸第二的通富微電，除了掌握2.5D/3D封裝等技術外，還在收購了AMD兩大封測廠后與其深度綁定，后者是目前先進封裝的最大客戶之一。

但有別于傳統(tǒng)封裝，先進封裝固然提高了封測環(huán)節(jié)的附加值，但同樣需要上游環(huán)節(jié)的配合。簡單來說，傳統(tǒng)封裝的流程是晶圓廠將制造完成的芯片交由封測廠封裝，彼此獨立。

但先進封裝需要芯片設計公司、晶圓廠和封測廠在芯片設計階段，就開始定制和研發(fā)制造工藝，聯(lián)系更加緊密。

正是因為先進封裝的關鍵技術需要芯片設計公司推動，在芯片制造層面實現(xiàn)，因此代工廠先天比封測廠更有優(yōu)勢，也被認為是最主要的玩家。封測廠更多承接技術難度低、靠近后道封裝的部分。比如，臺積電就將CoWoS的oS外包給了日月光。

中國大陸封測廠的弱勢在于，由于工藝制程落后，代工廠本身就沒有多少先進封裝的訂單，芯片設計公司提供的訂單就更少了。

臺積電的先進封裝工藝拔地而起，是因為有蘋果這個超級甲方的存在。理論上來說，海思可以扮演這個角色，但在海思因制裁而無法做先進芯片設計后，缺少了關鍵的推動者，中國大陸先進封裝一度發(fā)展困難。

這就導致先進封裝風口已現(xiàn)，但承擔了全球封測近20%產(chǎn)能的中國大陸，卻遲遲等不來指引航向的掌舵者。始于2018年制裁，對半導體產(chǎn)業(yè)的影響，或許比預期中的還要深遠。