什麼是CoWoS?CoWoS是台積電獨創的一種先進封裝技術,全稱為 Chip-on-Wafer-on-Substrate(晶片-晶圓-基板)。簡單來說,它不是一種晶片製造技術(比如5奈米、3奈米),而是一種將不同晶片“組裝”在一起的高級方法。你可以把它想像成:傳統方法是把晶片像獨立的零件一樣焊在主機板上,而CoWoS則是在一個微型的“高科技托盤”上,把多個高性能晶片緊密地封裝在一起,形成一個功能強大的“超級晶片”。它屬於2.5D封裝技術。2D封裝傳統的,一個晶片封裝在一個基板上。3D封裝將多個晶片直接垂直堆疊起來(例如快閃記憶體晶片)。2.5D封裝 (CoWoS就是)將多個晶片水平放置在一個 közbenső層(Interposer)上,然後再整體封裝到基板上。這個 közbenső層是關鍵。CoWoS 的核心結構與工作原理CoWoS這個名字本身就揭示了它的三層結構:Chip (晶片):頂層的核心部件。通常包括一個或多個邏輯晶片(如GPU、CPU、ASIC)和多個高頻寬記憶體(HBM,High-Bandwidth Memory)。例如,NVIDIA的H100 GPU就是將一個大的GPU邏輯晶片和幾顆HBM記憶體放在一起。Wafer (矽中介層 - Silicon Interposer):這是CoWoS技術的靈魂。它是一塊非常薄的矽片,上面刻有極其精密的線路。它的作用像一個“超高速立交橋”,讓頂層的邏輯晶片和HBM記憶體之間可以進行超高密度、超高頻寬的資料交換。為什麼需要它?如果直接把GPU和HBM放在傳統的PCB基板上,它們之間的距離會很遠,線路也很粗,資料傳輸速度慢、延遲高、功耗大。而矽中介層上的線路間距可以做到微米級,比基板小幾個數量級,從而實現了極短、極快的連接。Substrate (基板):最底層的載體。矽中介層的尺寸非常精密,無法直接銲接到電腦主機板上。基板的作用就是扮演一個“轉換器”,將中介層上微小的引腳(Micro-bumps)連接轉換成尺寸更大的焊球(BGA Balls),以便最終能安裝在普通的PCB電路板上。整個流程就像:將高性能的晶片(Chip),通過微小的焊點安裝在佈滿高速公路的矽中介層(Wafer)上,再將這個整體封裝到一個基板(Substrate)上,最終形成一個可以被使用的完整晶片產品。CoWoS 的主要優勢極高的頻寬和極低的延遲這是CoWoS最核心的價值。通過矽中介層,GPU等計算核心可以和HBM記憶體實現數TB/s的超高頻寬,這是AI訓練和推理所必需的,能有效解決“記憶體牆”問題。異構整合 (Heterogeneous Integration)CoWoS允許將不同工藝、不同功能、甚至不同廠商的晶片(Chiplets)整合在一個封裝內。例如,邏輯晶片可以用最先進的3nm工藝來追求性能,而I/O晶片可以用較成熟的工藝來控製成本。這打破了“所有功能必須整合在單一晶片上”的限制,延續了摩爾定律的精神。功耗更低因為晶片間的連接距離被縮短到微米級,訊號傳輸所需的能量大大減少,從而降低了整體功耗。尺寸更小相比於在主機板上分散佈置多個晶片,CoWoS將它們整合在一起,大大縮小了最終產品的尺寸和主機板面積。CoWoS 的技術演進和不同版本為了應對不同的成本和性能需求,台積電發展出了一個CoWoS家族:CoWoS-S (Silicon Interposer):最經典、性能最高的版本,使用完整的矽中介層。NVIDIA的A100/H100/H200/B100等頂級AI晶片都採用這種技術。缺點是成本非常高昂,因為需要一大塊高精度的矽片。CoWoS-R (RDL Interposer):這是一個更具成本效益的方案。它使用有機材料和重布線層(RDL, Re-Distribution Layer)來代替昂貴的矽中介層。性能略低於CoWoS-S,但成本優勢明顯,適用於對成本更敏感的應用。CoWoS-L (LSI & RDL Interposer):這是最新的混合型方案。它結合了CoWoS-S和-R的優點,在一個有機基板中嵌入了多個小塊的本地矽橋(LSI, Local Silicon Interconnect)。這些矽橋只在需要超高密度互連的關鍵區域使用(例如連接邏輯晶片和HBM),其他區域則使用成本較低的RDL。這在性能和成本之間取得了很好的平衡,被認為是未來的一個重要方向。主要應用領域與市場影響AI 加速器 / 資料中心GPU這是CoWoS的“殺手級應用”。沒有CoWoS,就沒有今天NVIDIA A100/H100等AI算力霸主。AMD的Instinct系列AI加速器也同樣依賴此技術。高性能計算 (HPC)用於超級電腦和科學計算的處理器。高端網路晶片用於資料中心的高速交換機和路由器。高端FPGA可程式設計邏輯晶片也用它來整合HBM和高速收發器。由於AI需求的爆炸式增長,對CoWoS產能的需求也急劇飆升,導致台積電的CoWoS產能一度成為全球AI供應鏈最關鍵的瓶頸之一。台積電也為此投入巨資,在全球範圍內(尤其是在台灣)瘋狂擴建CoWoS封測廠。台積電的CoWoS技術是後摩爾定律時代,通過系統級創新延續晶片性能增長的關鍵使能者。它通過2.5D封裝的形式,實現了晶片間的超高頻寬互聯,完美滿足了AI、HPC等應用對海量資料搬運的需求。可以說,CoWoS不僅是台積電領先全球的護城河之一,更是整個AI產業發展的基石。 (葉檸風Mireille)