🔷摩爾定律放緩後，3D整合成為突破AI晶片算力瓶頸的關鍵路徑
🔷從硅通孔TSV到HBM與Chiplet，揭秘下一代高性能晶片架構革命

當AI大模型、自動駕駛、高性能計算不斷刷新算力需求時，晶片產業正在迎來一場深刻變革。過去幾十年，半導體行業依靠摩爾定律推動電晶體不斷微縮，但隨著先進製程進入瓶頸，單純依靠縮小電晶體尺寸已經越來越難以滿足未來計算需求。

那麼，下一代晶片性能突破的關鍵在哪裡？

答案正在從“晶圓製造”轉向“先進封裝”。

在這場技術革命中，TSV（Through Silicon Via，硅通孔）正在成為連接未來晶片世界的重要橋樑。通過在硅晶圓內部建構垂直互連通道，TSV讓多個晶片能夠實現高速互聯，為HBM高頻寬儲存、Chiplet架構、2.5D/3D整合提供了核心技術支撐。

今天，小編帶大家深入解析這份技術趨勢報告，一起探索TSV技術背後的產業邏輯：為什麼HBM離不開TSV？為什麼AI晶片正在走向3D整合？為什麼先進封裝正在成為繼先進製程之後，半導體產業競爭的新戰場？

從Via Middle到Silicon Interposer，從HBM堆疊到異構整合，TSV正在推動晶片從“平面微縮時代”邁向“立體整合時代”。

當摩爾定律逐漸放緩，誰掌握3D封裝能力，誰就有機會掌握下一代算力晶片的競爭主動權。

讓我們一起走進TSV技術世界，揭秘AI時代先進封裝背後的關鍵技術密碼。

一、這份材料真正想說明什麼？

這份報告主要圍繞 TSV（Through Silicon Via，硅通孔）技術的發展驅動力、市場趨勢、應用場景以及未來3D整合方向 展開。報告認為，在摩爾定律放緩的背景下，先進封裝和3D整合正在成為延續晶片性能提升的重要路徑。

二、摩爾定律放緩，3D整合成為晶片性能突破的新方向

報告指出，傳統電晶體微縮正在面臨越來越高的技術和成本挑戰，先進製程雖然仍可推進，但經濟效益正在下降，因此產業開始尋找“More than Moore”的路徑。

TSV作為3D整合的關鍵技術，通過垂直方向連接晶片層，實現晶片堆疊和異構整合，成為提升晶片性能、降低功耗、縮小尺寸的重要技術路線。

核心價值包括更高互連密度、更簡訊號路徑、更低延遲、更高頻寬、更低功耗

尤其是在AI、高性能計算（HPC）、資料中心等領域，3D封裝正在成為提升算力的重要手段。

三、TSV推動“More than Moore”，實現異構晶片融合

報告認為，未來晶片競爭不再只是先進製程競爭，而是進入系統級整合時代。

3D IC主要由三類需求驅動：

1. 性能驅動（Performance-driven）

主要應用AI加速器、GPU、CPU、HBM高頻寬儲存；目標提升互連速度、增加頻寬、降低功耗。報告指出，3D IC能夠通過縮短互連距離，提高資料傳輸效率。

2. 成本驅動（Cost-driven）

通過Chip Partitioning（晶片拆分）將大型SoC拆分為多個小晶片提升晶圓良率、降低製造成本、支援Chiplet架構，例如CPU Chiplet、GPU Chiplet、I/O Die、Memory Die，這也是今天AMD、Intel、TSMC先進封裝路線的重要基礎。

3. 尺寸驅動（Form Factor-driven）

面向手機、可穿戴裝置、MEMS、感測器，通過3D堆疊實現更小體積 + 更高功能密度

四、TSV技術路線：Via First、Via Middle、Via Last

報告詳細介紹了TSV三種主要製造方式：

1. Via First

特點：在FEOL（前道晶圓製造）之前形成TSV、需要承受後續高溫工藝；缺點：工藝複雜、應力影響晶圓穩定性，目前應用較少。

2. Via Middle（產業主流）

特點：FEOL之後、BEOL之前形成TSV；優勢適合儲存堆疊、適合2.5D/3D封裝；主要應用HBM、3D Memory、Silicon Interposer。報告指出，Via Middle已經成為堆疊儲存的重要工藝路線。

3. Via Last

特點：BEOL之後形成TSV；主要應用CMOS Image Sensor、MEMS、RF Filter；優勢成本較低。報告指出，Via Last在感測器領域應用廣泛。

五、2.5D封裝成為AI晶片的重要平台

報告重點介紹了 Silicon Interposer（硅中介層）它是2.5D封裝核心。

通過TSV連接Logic Die、Memory Die形成GPU + HBM + Interposer

典型代表TSMC CoWoS、NVIDIA GPU + HBM

報告指出，2.5D硅中介層支援：

同質整合（Homogeneous Integration）

• 異質整合（Heterogeneous Integration）

其中異質整合可以將不同工藝節點、不同功能晶片組合在一起。

六、HBM成為TSV最大的商業應用之一

報告認為，HBM推動TSV進入規模化應用。

HBM結構：

DRAM Die
   ↓
TSV
   ↓
Logic Die
   ↓
Interposer

優勢超高頻寬、低功耗、高密度；應用AI訓練晶片、GPU、資料中心。報告指出，HBM2已經進入多個商業產品，包括遊戲、資料中心和深度學習領域，同時HBM3正在開發。

七、AI和資料中心成為TSV增長最大動力

市場趨勢方面，報告認為未來TSV/先進封裝增長主要來自：

1. HPC與AI

增長最快。驅動力AI訓練、深度學習、巨量資料計算、超級計算。報告預測，HPC和網路市場將快速增長，主要受到AI和巨量資料趨勢推動。

2. 資料中心

需求更高頻寬、更低延遲、更低功耗。解決方案HBM、2.5D Interposer、3D Memory

3. 自動駕駛

未來汽車需要邊緣計算、高可靠計算，因此3D堆疊技術也會進入汽車電子領域。

八、TSV產業未來趨勢

當先進製程逼近成本和物理極限，半導體產業正在從“電晶體微縮競爭”轉向“系統級封裝競爭”。TSV作為3D整合核心技術，將通過HBM、Chiplet、2.5D/3D封裝推動AI、高性能計算和下一代晶片架構發展。

🏁 小編總結

TSV正在成為AI時代先進封裝的底層連接技術，通過HBM、Chiplet和2.5D/3D整合突破摩爾定律限制，重新定義下一代高性能晶片的算力競爭格局。(芯聯匯)