封装技术的革新正在驱动AI芯片效能的提升

人工智能（AI） 正在重塑半导体的版图。不仅是快速成长的市场，也成为推动移动设备、汽车、网络、工业等领域创新的催化剂。台湾技术龙头正走在转型的最前线，积极开发对AI半导体至关重要的下一代封装技术。

面对庞大的数据处理需求，AI推动了特殊芯片架构以达成快速、高效地处理大量数据。 在各大数据中心中，GPU或AI加速器等高效能AI芯片， 支持大量语言模型的运算和推论，应用范围涵盖AI聊天机器人等。在运算中，各种装置仰赖NPU（神经网络处理器） 等高效能芯片，实时做出智能决策，驱动汽车、智能镜头与移动设备等创新应用。

这种运算架构的转变得靠先进封装。 先进封装透过逻辑芯片与存储器更紧密整合，提供更高的运算效能与较低能耗，以支持复杂的运算。 台湾在先进封装方面的专业知识，加上其庞大的半导体供应链，正在加速先进封装的变革。

异质整合为何是高效能的关键

随着晶体管数量不断增加，复杂性也越来越高，摩尔定律缩放的成本也与日俱增。因此，创新正在走向多元化。 高数值孔径极紫外光（NA EUV） 微影技术，还有闸极全环晶体管（GAA） 等晶体管新设计，继续推动先进制程的发展。晶背供电网络（BPDN） 可提供更稳定电源，提升整体效能。而创新的半导体封装技术，发挥关键的作用。

半导体封装技术已不再只是保护和连接芯片，而是进一步成为驱动装置效能的关键。 异质整合成是此转变的核心，将多个芯片整合为单一芯片的能力。 为所此模块化方法弹性且低成本，将多功能整合于封装芯片中，而非整合于单一芯片上，一方面可符合要求，另一方面无须完全依赖传统线宽微缩。

先进封装技术驱动AI

AI 芯片越来越复杂，有人预期到本世纪末，单一芯片的封装将包含多达 1 万亿个晶体管。先进封装透过在整合运算芯片与存储器来支持这种发展。

高带宽存储器（HBM） 扮演关键角色。 HBM透过垂直堆叠存储器，并将其放置在GPU附近，减少延迟并加快数据传输速度，同时降低功耗。 中介层和基板加速元件之间的通讯。 在许多现代AI设计中，封装芯片中包含数百个逻辑与存储器芯片，以符合规格。

为支持不断成长的芯片需求和半导体芯片演进所带来的要求，业界正在推进2D、2.5D与3D封装架构。其中2D封装架构将芯片并排列在基板上，2.5D封装架构将芯片排列在中介层上，3D封装架构则将芯片垂直堆叠。混合键合、嵌入式桥接器、晶圆与面板中介层、玻璃基板与共同封装光学元件等技术，有助于提高互连密度并改善系统效能。这些创新提供多种新方法，透过缩短信号路径来增加带宽和降低功耗，是AI成功的关键。

先进封装创新为制造带来挑战

随着封装日趋复杂，封装制造也面临各种挑战。 每个封装所承载的芯片设计越来越多、芯片尺寸也越来越大，然而特徵尺寸却越来越小、连线密度越来越高，加上新材料不断出现，都为封装带来了更高的要求。

随着单一封装中的元件与互连数量增点，潜在的风险也随之增加。 单一芯片或互连失效就可能影响整个多晶粒封装，导致价值不菲的良率损失。在此环境下，更严格的制程控制成为确保高良率与可靠性的关键。

异质整合带来的挑战，与前端半导体制造的挑战相似，需要更高的缺陷量测灵敏度和更严谨的量测精度。 KLA 回应上述挑战的方法，是采用全面的先进封装制程控制与制程支持解决方案，这些方案适用于晶圆、面板与元件，而且都是为配合先进封装的复杂度而设计，且不会影响品质。

AI 需要智能整合

2024年11月，PwC预测半导体产业的全球规模将扩至1万亿美元，成长由各种应用推动，包括由数据中心至边缘装置所带来的急增AI需求。AI 需要卓越的运算能力与最佳化的电源使用，突破半导体芯片设计与整合的极限。 台湾的半导体制造商欢迎这些机会。

众所周知，全球90%的先进半导体在台湾生产。根据工业技术研究院（ITRI） 发布的统计数据，2024年台湾所贡献的半导体总产值超过5万亿新台币，较2023年增升22.4%。 AI芯片的全球需求正在飙升。

AI也在推动半导体内容的多元化。 碳化矽（SiC）和氮化镓（GaN）等宽频隙半导体，提供更高的功率、更快的速度以及更佳的热转换效率，因此在 AI 系统中，这些半导体对于高效供电的重要性日益提升。

在数据中心和HPC环境中，AI的发展也推动光子学与共封装光学元件的发展，以提高数据传输速度与能源效率。 量子运算仍处于早期阶段，但最终可能重塑AI的运算方式。

在上述各个领域中，先进封装是把不同技术整合成小巧高效系统的基础。 台湾的技术领导者正在推动这种先进封装创新，KLA很荣幸能成为他们的合作夥伴。

2025年是KLA在台湾的35周年。 KLA总部位于美国，是半导体检测与量测领域的全球领导者，在全球拥有超过15,000名员工。 KLA台湾与我们尊贵客户携手合作，累积了30年的专业知识和见解，彰显出公司在AI时代对技术卓越的承诺。在这个时代，芯片制造的要求比以往任何时候都更加复杂，更具挑战性。

半导体的未来不仅在于更小的晶体管，更在于更智能的整合。 封装已成为高效能的关键。 在摩尔定律的尽头，先进封装已成为满足下一代半导体装置要求的关键。

KLA在制程、制程控制和客户协作方面拥有深厚的专业知识，正在帮助半导体产业缔造未来。 AI重新定义了可能性，而支持AI的技术也必须同样快速演进。 KLA旗下敬业的工程师、物理学家和数据科学家团队深明这次转型的规模和意义，他们正帮助塑造AI时代半导体创新的未来—先进封装在此时代扮演关键角色。