臺積電產(chǎn)能不夠，逼得英偉達都去找英特爾造芯片了？

臺積電在2023年年中承認，其先進芯片封裝技術(shù)CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）的需求已經(jīng)超出了他們的生產(chǎn)能力。

另一方面，被稱為「人造黃金」的英偉達AI芯片在市場上供不應(yīng)求，英偉達迫切希望能夠盡快提高產(chǎn)能。

最終，英偉達可能不得不開始考慮利用英特爾的先進封裝技術(shù)來生產(chǎn)芯片。

根據(jù)外媒曝料，英偉達從英特爾每月理論上能夠額外獲得30萬塊H100芯片的產(chǎn)能（假設(shè)產(chǎn)出無瑕疵且合同確實針對H100）。

CoWos封裝產(chǎn)能，卡了全世界大廠的脖子

而對于臺積電來說，2023年是瘋狂的一年。基本每個月，媒體都要曝出他們在增加CoWos封裝工藝的產(chǎn)能。

2023年6月臺積電增加先進芯片封裝產(chǎn)能

2023年7月臺積電增加先進芯片封裝產(chǎn)能

而之所以CoWos封裝的產(chǎn)能不夠，最主要的原因是這是一種非常先進的封裝技術(shù)，只有最先進的AI芯片，需要利用這種技術(shù)。

同時，也只有臺積電，英特爾等少數(shù)芯片廠商，能夠使用這種技術(shù)封裝生產(chǎn)芯片。

而在AI芯片需求沒有大幅提升之前，包括臺積電在內(nèi)的芯片制造公司都沒有太高的產(chǎn)能。

2023年是AI爆發(fā)之年，各大廠都在加緊儲備英偉達的H100，使得AI芯片的需求激增。

而在整個AI芯片的生產(chǎn)供應(yīng)鏈中，因為CoWos封裝的產(chǎn)能短時間難以提升，導(dǎo)致就算英偉達就算已經(jīng)有了足夠多的H100的晶圓供應(yīng)，芯片的產(chǎn)能也會被CoWos封裝「卡脖子」。

H100采用了CoWoS-S封裝技術(shù)，集成了7個芯片。

其中心部位是H100 GPU 應(yīng)用特定集成電路（ASIC），其芯片面積達到了 814 平方毫米。

圍繞其周圍的是 6 組高帶寬內(nèi)存（HBM）。

其中，H100 SXM版本采用了HBM3技術(shù)，每組內(nèi)存為16GB，總共提供了80GB的內(nèi)存容量。

而H100NVL版本則包含兩個封裝，每個封裝都配備了6組HBM。

臺積電依然是最重要的AI芯片工廠

盡管如此，臺積電仍將是英偉達主要的供應(yīng)商，貢獻大約90%的先進封裝產(chǎn)能。

從第二季度開始，英偉達計劃至少對部分產(chǎn)品使用英特爾的產(chǎn)能。

如果這一信息屬實，通過增加英特爾的產(chǎn)能，英偉達將能夠更快地滿足市場對其現(xiàn)有AI和高性能計算（HPC）產(chǎn)品的需求。

不過，這里存在一個挑戰(zhàn)。

英偉達目前及之前一代的所有產(chǎn)品，包括A100、A800、A30、H100、H800、H200和GH200，都依賴于臺積電的CoWoS-S封裝技術(shù)。

英特爾的與先進封裝技術(shù)名為Foveros，但兩者使用的中介層技術(shù)不同（CoWoS-S使用的是65nm中介層，而Foveros使用的是22FFL中介層）。

要使用英特爾的Foveros技術(shù)，英偉達需要對這項技術(shù)進行驗證，然后對實際的產(chǎn)品進行質(zhì)量認證。

因為兩種中介層是基于不同的工藝技術(shù)，并且連接點的間距也不同，所以這些產(chǎn)品可能會有一些微小的差異。

因此，英偉達的合作伙伴在部署這些產(chǎn)品前也需要進行相應(yīng)的認證。

外媒報道稱，英特爾預(yù)計將在第二季度加入英偉達的供應(yīng)鏈，每月生產(chǎn)大約5000塊Foveros晶圓。

對英偉達來說，這是一個相當(dāng)大的數(shù)字。

臺積電在2023年中能夠每月生產(chǎn)多達8000塊CoWoS晶圓。

計劃到2023年底將產(chǎn)能提升到11000塊，到2024年底進一步增加到大約20000塊。

如果英偉達每月能夠額外獲得5000塊先進封裝晶圓，這將明顯緩解AI芯片產(chǎn)能不足的問題。

對英偉達來說，將部分先進封裝工作外包給Intel Foundry Service是一項戰(zhàn)略性的舉措，旨在多樣化其供應(yīng)鏈。

更重要的是，通過利用IFS的封裝能力，英偉達還能確保這些產(chǎn)能不會被競爭對手使用，從而鞏固自己的領(lǐng)先地位。

CoWos封裝產(chǎn)能為什么難以提高？

CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）是一種2.5D/3D封裝技術(shù)，可以拆成兩部分來看，CoW（Chip on Wafer），指的是晶圓堆疊，WoS（Wafer on Substrate）則是將堆疊的晶圓封裝在基板上。

CoW的目的是將一個芯片放置在包含其他芯片的晶圓頂部，從而實現(xiàn)高效的空間利用和增強的性能。

來源：AnandTech

而AI GPU上的必須的高帶寬內(nèi)存（HBM）和CoWoS技術(shù)是相輔相成的。

HBM的高密度連接和短電路設(shè)計要求借助CoWoS這類2.5D封裝技術(shù)才能實現(xiàn)，這在傳統(tǒng)PCB或封裝基板上難以完成的。

CoWoS以合理的成本，提供了最高的連接密度和最大的封裝尺寸，成為主流的封裝技術(shù)。

由于目前幾乎所有使用HBM的系統(tǒng)都采用CoWoS封裝，而所有高性能 AI GPU都需要用到HBM。

所以可以說，絕大多數(shù)領(lǐng)先的數(shù)據(jù)中心GPU都采用了臺積電的CoWoS封裝技術(shù)。

而除了高性能的AI GPU，只有少數(shù)的網(wǎng)絡(luò)芯片，超級計算芯片和FPGA會用到CoWos封裝。

所以包括臺積電在內(nèi)的芯片制造廠都不會有太高的先進封裝產(chǎn)能。

而包括晶圓在內(nèi)的其他AI GPU供應(yīng)鏈的產(chǎn)能都可以從其他地方勻出來，CoWos封裝產(chǎn)能卻很難，所以就卡住了英偉達的脖子。

雖然臺積電一直在為更多的封裝需求做著準備，但沒想到這一波生成式人工智能需求來得如此之快。

去年6月，臺積電宣布在竹南開設(shè)先進后端晶圓廠。

該晶圓廠占地 14.3 公頃，足以容納每年 100 萬片晶圓的3D Fabric產(chǎn)能。這不僅包括CoWoS，還包括SoIC和InFO技術(shù)。

這個工廠比臺積電其他封裝工廠的總和還要大。

而且伴隨著生成式AI浪潮的發(fā)展，除了英偉達，其他的芯片公司對于CoWos的產(chǎn)能需求也在急劇擴張。

從Semianalysis的圖中可以看出，用于建設(shè)大規(guī)模AI集群的網(wǎng)絡(luò)連接芯片，主要由Broadcom提供，也會吸收大量CoWos產(chǎn)能。

所以只靠臺積電，英偉達似乎未來也很難獲得足夠的出貨量。

而英偉達面對如此強大的市場需求，可能等不到臺積電的新工廠竣工投產(chǎn)了，加入英特爾現(xiàn)成的產(chǎn)能肯定是一個值得考慮的選項。