跃居全球最大封装厂，台积电要颠覆电源

76 0 0

文章摘要

伯恩斯坦证券预测，随着AI芯片对CoWoS封装需求的爆发，台积电今年先进封装营收有望占总营收的10%，超越日月光，成为全球最大封装供应商。台积电在2025技术研讨会上首次披露了CoWoS技术的下一步发展，这将引发一场新的技术革命和激烈的跨行业竞争。此次研讨会的最大亮点并非最新14A制程或12英寸晶圆SoW封装，而是台积电联席首席运营官张晓强博士揭晓了继硅光子之后的又一项革命性技术。

CoWoS封装的结构类似于夏威夷披萨，以英伟达的AI加速卡H100为例，最上层是4nm GPU芯片，周围是高带宽内存（HBM），中间是硅中介层，底层是基板。然而，未来CoWoS将发生根本性变化，硅中介层将集成更多功能，如硅光连接器和集成电压调节器（IVR）。IVR是一种嵌入芯片内的超微型变压器，将电压调节器靠近处理器可以最大化电源调节效率。

这种结构性变化促使前工研院电光所所长詹益仁博士发出警告：台积电在先进制程上已是“一人秀”，未来在先进封装领域也可能独树一帜。台积电凭借其在CoWoS技术上的垄断优势，可以集成越来越多的功能，如集成稳压器，这对台达电、英飞凌等电源模块供应商来说无异于一份死亡笔记。一位电力行业人士无奈地表示，如果台积电什么都包了，他们将失去大量订单。

IVR由三部分组成：Nvidia设计的电源管理IC、超薄电容和电感。将这些元件嵌入厚度仅为100微米的硅中介层中，在技术上极具挑战性，即使是Nvidia的工程师也对其可行性缺乏充分信心。预计IVR将首先与Nvidia计划于2028年发布的下一代GPU架构“Feynman”配合使用。

另一个挑战是对电感、电容等无源元件极高的性能要求。市面上常见的无源元件工作频率一般在几百KHz，而IVR的规格要求是50到60MHz，这几乎是主流产品性能的百倍。此外，电压转换和整流过程中产生的高热量也是一个关键挑战，下一代液体冷却技术可能发挥作用。

在去年的台湾国际半导体展上，比利时微电子研究中心展示了一种利用3D打印技术制作的微通道，使冷却液直接流经芯片表面的冷却技术。纬颖董事长洪丽娴提到，未来AI服务器的散热挑战巨大，冷却技术将会融入到芯片设计中。一位高级研发主管质疑台积电和英伟达为何要采取如此激进的技术跨越，认为应该循序渐进。

然而，这是典型的黄仁勋风格。Nvidia喜欢挑战技术的极限，最近发货的GB200 NVL72将72个GPU装入一个机柜中，并强制采用不成熟的液体冷却技术，导致严重的生产延迟。资深半导体分析师程正桦认为，黄仁勋故意设定了一个“不可能完成的任务”，迫使公司必须不懈地推进。

黄仁勋正在推动整个供应链向前发展，以推出一款能够将72个GPU作为一个计算单元处理的超高效AI计算机。在OpenAI和谷歌等巨头的推动下，人工智能竞赛对计算能力的需求永无止境。张博士在演讲中强调，关键词是“能源效率”，并称其为“未来人工智能发展最关键的技术”。

台达电源与系统事业群总经理陈盈源进一步讲解，英伟达下一代AI服务器机架将容纳576块GPU，单机架功耗将达到1MW，而单个AI数据中心的电力需求可能达到1GW，相当于一座核反应堆的发电量。目前的供电架构效率太低，从公共电网到芯片的转换效率约为87.6%，这意味着12.4%的能量以热量的形式损失掉了。对于1MW机架来说，产生的高热量可以同时煮沸124个热锅，即使是最先进的液冷技术也可能无能为力。

唯一的解决方案是彻底改造整个AI数据中心的电源架构。Nvidia正在大力推广800伏高压直流（HVDC）电源系统架构，台达最新研发的技术可将800伏电源架构的效率提升至92.5%，这意味着省电5%，并减少40%的散热负担。然而，这场电源转型的初现也有望重新洗牌各厂商在数据中心市场的地位。英伟达和台积电正在将更多功能集成到芯片中，而电源IC龙头英飞凌也计划利用其技术优势，从芯片向下游模块延伸。

一位业内高管透露，英飞凌的高性能电源IC已经不再卖给台达了，他们得把最好的留给自己。这场技术革命不仅改变了AI芯片的封装和电源管理方式，也将对整个半导体行业产生深远影响。