千兆级集成电路，时代到了

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自teknetics.co.il

千兆级集成电路封装解决方案有望支撑人工智能、高性能计算和先进移动设备领域的下一波创新浪潮。

千兆级集成电路 (IC) 封装解决方案的演进正在迅速重塑半导体格局，使先进封装技术成为 2025 年及以后创新的前沿。随着器件复杂性和晶体管数量飙升至数千亿，传统的单片工艺面临着物理和经济方面的制约。为此，半导体行业正在加速对新型封装架构（例如 2.5D/3D 集成、基于芯片集的设计和先进的基板技术）的投资，以应对千兆级集成带来的性能、功耗和良率挑战。

领先企业正通过重要的公告和路线图里程碑推动这一转型。台积电持续扩展其系统级芯片 (SoIC) 和 CoWoS（晶圆上芯片）平台，为人工智能、高性能计算 (HPC) 和数据中心应用提供高密度 3D 堆叠和多芯片集成。台积电的下一代 CoWoS 和 SoIC 解决方案预计将于 2025 年实现量产，支持芯片集 (Chiplet) 架构，并将互连密度推至每平方毫米 2,000 个 I/O 以上。同样，英特尔也在推进其 Foveros 3D 堆叠和 EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）技术，并将利用这些千兆级封装能力实现 Meteor Lake 和未来人工智能加速器的量产。

在材料和基板方面，全球最大的外包半导体封装和测试 (OSAT) 供应商日月光科技控股 (ASE Technology Holding) 正在扩大其扇出型晶圆级封装 (FOWLP) 和 2.5D/3D 产品线，重点关注超精细再分布层 (RDL) 和先进基板，以适应千兆级芯片集成。与此同时，安靠科技 (Amkor Technology)正在扩展其高密度系统级封装 (SiP) 和高密度扇出型 (HDFO) 产品线，瞄准人工智能和高速网络市场，在这些市场中，千兆级封装对于带宽和功率效率至关重要。

SEMI 和JEDEC 等行业机构正在积极发布新的标准和路线图，反映出向异构集成和千兆级封装的转变。这些标准旨在确保日益复杂的多芯片和基于芯片集的系统的互操作性和可靠性。

展望未来，千兆级集成电路封装解决方案有望支撑人工智能、高性能计算和先进移动设备领域的下一波创新浪潮。凭借数十亿美元的投资以及业界对异构集成的强烈共识，2025-2027年期间很可能将迎来一个新时代，届时先进封装（而不仅仅是晶体管微缩）将成为半导体性能和系统差异化的主要推动力。

2025 年市场格局和关键参与者

2025年，千兆级集成电路 (IC) 封装解决方案的市场格局将呈现以下特点：快速发展、激烈竞争，以及对异构集成、系统级封装 (SiP) 技术和先进基板材料的日益关注。随着半导体制造商向 2 纳米以下节点迈进，封装已成为器件性能、功耗和尺寸缩减的关键推动因素，推动着整个供应链的大量投资和协作。

领先的半导体代工厂和外包半导体封装测试（OSAT）供应商处于千兆级封装创新的前沿。

台积电凭借其3D Fabric平台继续占据主导地位，该平台集成了先进的芯片集和晶圆上晶圆封装，包括CoWoS（晶圆上芯片）和SoIC（系统级集成芯片）技术。台积电计划在2025年扩大其CoWoS产能，以支持高带宽内存（HBM）和先进的人工智能应用，其竹南工厂近期的扩建就证明了这一点。三星电子也在大力投资其X-Cube（3D-IC）和I-Cube（2.5D/3D SiP）产品，旨在为下一代数据中心和高性能计算（HPC）处理器实现千兆级集成。

与此同时，英特尔公司正在利用其 EMIB（嵌入式多芯片互连桥）和 Foveros 3D 堆叠技术，计划在 2025 年提高高性能计算和人工智能加速器的产量。该公司在最近的行业活动中重点介绍了其先进封装路线图，强调了向将逻辑、内存和 I/O 芯片集成在单个封装中的集成平台的过渡。

在OSAT厂商中，日月光科技控股公司和安靠科技公司正在扩大系统级封装 (SiP)、扇出型晶圆级封装 (FOWLP) 和 2.5D/3D 集成的产能。日月光的 VIPack 平台和安靠科技的高密度扇出型封装 (HDFO) 以及 SLIM/SWIFT 技术正被用于人工智能、汽车和消费电子领域的先进应用，两家公司均宣布在亚洲和美国扩建工厂并建立战略合作伙伴关系。

材料和基板供应商，例如揖斐电工株式会社和神光电气工业株式会社，对生态系统至关重要，它们提供千兆级封装所需的高密度有机基板和中介层。他们在制造技术和产能方面的投资对于满足2025年及以后预计的需求激增至关重要。

展望未来，在人工智能工作负载、芯片架构和下一代存储器的推动下，千兆级集成电路封装行业有望持续增长。领先的代工厂、OSAT 厂商和材料供应商的融合将继续决定竞争格局，2025 年将成为技术部署和市场份额重新调整的关键一年。

千兆级集成电路封装的突破性技术

千兆级集成电路封装，即把数百亿个晶体管和小芯片聚合到统一的系统中，将在 2025 年进入快速创新阶段。满足先进节点的性能、功率和密度要求，正在推动 2.5D 和 3D 集成、晶圆级封装和先进基板技术等封装解决方案的突破。

最突出的突破之一是异构集成，即将采用不同工艺技术制造的多个芯片集成在一个封装中。英特尔公司已加快部署其EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）和Foveros 3D堆叠技术，以实现高带宽互连以及逻辑和内存的垂直堆叠，从而满足未来几年预计将超过1000亿个晶体管的产品需求。英特尔在2025年的路线图中强调了Foveros Direct的积极扩展，该技术能够以更精细的间距实现铜对铜直接键合，从而支持千兆级集成。

同样，台积电 (TSMC) 正在推进其 3DFabric 平台，该平台将 CoWoS（晶圆上芯片）和 SoIC（系统级芯片）相结合，以实现大规模逻辑存储器集成。台积电专为高性能计算 (HPC) 和 AI 加速器推出的 CoWoS-L，支持光罩尺寸超过 2500 平方毫米的中介层，这对于千兆级应用至关重要。该公司的 2025 年路线图强调更高的带宽、更低的延迟和更精细的凸块间距，这对于在单个封装中集成数十个芯片至关重要。

高密度基板技术也在快速发展。三星电子正凭借其 H-Cube 和 X-Cube 解决方案不断突破技术极限，这些解决方案支持通过微凸块和混合键合技术堆叠和互连多个芯片。这些技术正被应用于人工智能、网络和数据中心芯片领域，而千兆级集成电路正逐渐成为这些领域的主流。

与此同时，AMD 扩展了其基于 Chiplet 的架构的应用，利用先进的封装技术来提高每瓦性能和良率。AMD 的下一代 EPYC 和 Instinct 加速器将于 2025 年推出，它们将采用最先进的高密度有机基板和硅通孔 (TSV) 技术，展示多逻辑和内存芯片的集成。

展望未来，千兆级集成电路封装的前景将集中在设计、材料和制造的协同优化上。随着人工智能、高性能计算 (HPC) 和云工作负载对集成度的要求越来越高，代工厂、OSAT 厂商和基板供应商之间的合作也日益密切。互连密度、热管理和光学元件集成是正在进行研究的关键领域，为下一代千兆级系统级封装解决方案奠定了基础。

先进材料与制造创新

千兆级集成电路 (IC) 时代——电路包含数百亿个晶体管——要求封装材料和制造技术取得革命性的进步。随着 2025 年及以后器件复杂性和密度的不断提升，半导体行业正在快速发展，以应对这些海量 IC 带来的热、电气和机械挑战。

主要参与者正优先考虑基板创新，其中有机、玻璃和先进的硅基中介层处于领先地位。AMD 和英特尔公司已加速采用高密度硅中介层用于芯片架构，从而实现更精细的互连间距和更高的带宽。台积电的系统级芯片 (SoIC) 和晶圆级芯片 (CoWoS) 封装平台已实现量产，目前正在扩展以支持千兆级逻辑和高带宽内存集成。台积电报告称，其最新产品已实现 >1000mm² 的封装尺寸和低至 40μm 的互连间距。

热管理是千兆级集成电路 (Giga-Scale IC) 面临的严峻挑战。三星电子正在其 2.5D 和 3D 封装生产线中部署先进的热界面材料 (TIM) 和嵌入式微流体冷却技术，以实现高效散热。与此同时，日月光科技控股公司已将双面模塑球栅阵列 (DSMBGA) 和集成散热器的扇出型晶圆级封装 (FOWLP) 商业化，瞄准人工智能 (AI) 和高性能计算 (HPC) 市场。

在制造领域，面板级封装 (PLP) 已成为趋势，旨在提高产量和成本效益。安靠科技 (Amkor Technology)和日月光科技控股 (ASE Technology Holding)均在扩大 PLP 设施规模，以满足千兆级器件所需的芯片尺寸和产量。安靠科技 (Amkor) 报告称，其在 2025 年量产的大面积再分布层 (RDL) 技术方面将取得重大进展。

材料进步同样至关重要。新光电气工业株式会社和揖斐电株式会社正在创新低损耗、高密度基板，并改进热膨胀系数 (CTE) 的匹配，这对于千兆级可靠性至关重要。这些公司正在开发玻璃芯基板和新型有机层，预计将在未来几年进入供应链。

展望2025年及以后，千兆级IC封装将越来越依赖于异构集成、先进基板和新型冷却技术。代工厂、OSAT厂商和基板供应商之间的合作对于实现行业的微缩路线图和性能目标至关重要。

集成趋势：小芯片、3D 和异构封装

向千兆级集成电路封装的过渡，从根本上来说取决于先进的集成技术，其中最主要的是芯片架构、3D集成和异构封装。随着半导体制造商努力满足人工智能、高性能计算和数据中心应用的需求，这些方法正在迅速成熟，并将在2025年及以后应用于商业产品。

基于 Chiplet 的设计使设计人员能够将复杂系统划分为更小、功能特定的 Chiplet，从而突破单片芯片的良率和扩展限制。这种模块化方法允许使用针对每个功能优化的工艺节点来集成逻辑、内存、模拟和 I/O 功能。AMD 已在 EPYC 和 Ryzen 系列等产品中证明了该架构的可行性，并已确认将继续开发下一代基于 Chiplet 的 CPU 和 GPU，预计将于 2025 年及以后发布。

三维 (3D) 集成通过垂直堆叠多个芯片，并通过先进的硅通孔 (TSV) 或混合键合技术互连，进一步提高了功能密度。台积电 (TSMC) 正在扩展其 3DFabric 平台，包括 SoIC（系统级芯片）和 CoWoS（基板上晶圆芯片）解决方案，以支持千兆级设计。自 2025 年初起，TSMC 正在加速基板尺寸超过 3,000 平方毫米的 CoWoS 模块的量产，以满足生成式 AI 加速器和大规模推理引擎的需求。

异构集成将芯片集、内存堆栈和专用加速器（可能采用不同的工艺节点和材料制造）集成在一个封装中。英特尔公司正在将其 Foveros Direct 技术商业化，该技术可实现逻辑上逻辑堆叠的细间距混合键合。这允许在千兆级复杂度下实现灵活的系统配置和功率/性能优化。三星电子有限公司也在投资 X-Cube 和 I-Cube 平台，瞄准人工智能、高带宽内存和下一代移动 SoC。

展望未来，受数据中心和人工智能工作负载中集成数万亿晶体管的需求推动，千兆级封装解决方案预计将加速普及。日月光科技控股有限公司等行业联盟正在致力于芯片接口、中介层和供电网络的标准化，以促进生态系统的互操作性。该行业预计，到2020年，基板制造、热管理和协同设计工具将取得重大进展，以支持千兆级集成。

全球供应链的挑战与机遇

千兆级集成电路 (IC) 封装技术（例如先进的 2.5D/3D IC、芯片和异构集成）的快速发展，正在从根本上重塑 2025 年及以后的全球供应链格局。随着半导体行业致力于满足高性能计算、人工智能加速器和下一代网络日益增长的需求，封装解决方案的复杂性和规模化加剧了整个价值链的挑战和机遇。

供应链弹性是一大挑战。千兆级封装所需的高度专业化的设备、材料（例如高密度基板、先进的底部填充材料）和精密的工艺控制，将风险集中在少数供应商身上。例如，台积电和英特尔都扩大了先进封装产能，但全球基板短缺和局部中断（例如地缘政治紧张局势、物流瓶颈）仍然是主要问题。为了缓解这些问题，领先的企业正在投资地域多元化，并对关键材料和工具进行双重采购。

与此同时，向芯片级架构和异构集成的过渡为模块化供应链协作创造了新的机遇。AMD 在其 EPYC 和 Ryzen 处理器中采用芯片级架构，证明了标准化接口和开放的芯片间互连如何实现更灵活的采购和更快的创新周期。诸如通用芯片级互连标准 (UCIe) 之类的联盟，其创始成员包括英特尔、AMD、台积电和三星电子，正在推动全行业采用可互操作的解决方案，降低新生态系统参与者的准入门槛。

在制造方面，产能扩张的投资正在进行中。台积电正在加速其CoWoS和SoIC先进封装生产线的建设，旨在提高吞吐量并实现更细间距的互连，以支持人工智能和高性能计算（HPC）芯片。英特尔正在扩展其Foveros Direct和EMIB技术，三星电子正在将其X-Cube 3D堆叠平台商业化。这些举措标志着全球范围内争夺千兆级封装领先地位的竞争，基板、工装和自动化方面需要大量的资本投入。

展望未来几年，千兆级集成电路封装解决方案的前景取决于供应链稳健性和创新速度之间的平衡。协作标准、先进封装基础设施的区域投资以及供应链数字化（可追溯性、预测分析）对于管理风险和抓住新兴市场机遇至关重要。随着人工智能、汽车和数据中心芯片终端市场的增长，生态系统可能会看到代工厂、OSAT、基板供应商和EDA工具供应商之间更加紧密的整合，从而重塑半导体供应链的传统界限。

监管、环境和行业标准概述

随着我们迈入2025年及未来五年，千兆级集成电路 (IC) 封装解决方案的快速发展，正在推动监管、环境和行业标准的重大发展。随着集成电路的复杂性激增（以先进节点、芯片集成度的提高和异构封装为标志），监管机构和行业联盟正在更新相关框架，以应对安全性、可持续性和互操作性方面新出现的挑战。

环境法规仍然是焦点，千兆级封装工艺需要更加关注材料管理和生命周期影响。欧盟《限制在电子元件中使用某些有害物质指令》（RoHS）持续影响着材料的选择，推动制造商转向无铅和无卤素封装。与此同时，该行业正在响应欧盟的绿色协议和循环经济战略，在可回收基板材料和低排放制造工艺方面进行创新。例如，英飞凌科技股份公司强调了其致力于通过节能生产和在其先进集成电路封装中使用再生材料来减少包装对环境的影响的承诺。

在北美和亚洲，监管协调被视为对供应链韧性和全球市场准入至关重要。SEMI 和JEDEC 固态技术协会等组织正在与制造商合作，协调封装标准，重点关注可靠性、热管理和电气性能，以应对集成电路密度的攀升。JEDEC 最近更新的先进封装标准概述了千兆级解决方案的要求，包括基板尺寸、功率传输和信号完整性，以确保跨供应商兼容性并支持生态系统的快速发展。

该行业也在加速采用可持续性和透明度框架。英特尔公司承诺到2040年在其全球运营中实现温室气体净零排放，其中包括优化千兆级设备的封装工艺和材料。同样，台积电发布年度可持续发展报告，详细说明其先进封装设施中水和化学品使用的减少情况——由于千兆级解决方案需要更多资源密集型工艺，这一点日益重要。

展望未来，随着政府和行业机构对千兆级集成电路封装的生命周期评估、碳排放披露和材料安全提出更严格的要求，预计监管环境将进一步收紧。这些不断发展的框架将影响投资和创新，迫使制造商在行业迈向百亿亿次级时代之际，在性能需求与可持续性和合规性之间取得平衡。

2029年市场预测及投资展望

受高性能计算、人工智能、数据中心和先进移动设备日益增长的需求推动，千兆级集成电路 (IC) 封装解决方案市场有望在 2029 年实现强劲增长。千兆级封装——涵盖能够支持数十亿个晶体管和超高 I/O 密度的技术——需要材料、设计和制造方面的创新，这促使行业领导者投入巨额资本支出和战略投资。

截至2025年，各大半导体制造商正在迅速提升其先进封装能力。台积电TSMC宣布了其系统级芯片（SoIC）和3D结构技术的宏伟发展蓝图，预计到2026年，先进的CoWoS和基于芯片组的解决方案的量产规模将翻一番以上。TSMC正在投资超过400亿美元用于新设施建设和研发，以支持高带宽存储器（HBM）和AI加速器的平台扩展。

英特尔公司正在加速部署 Foveros 3D 封装平台，预计在 2025-2026 年实现量产。该公司近期在美国和欧洲新建代工厂和封装厂的投资超过 200 亿美元，旨在巩固其在千兆级异构集成领域的领先地位，并赋能下一代服务器、网络和人工智能产品。

三星电子正在扩展其X-Cube（3D集成）和H-Cube（异构集成）产品，并在封装研发和生产线上投资数十亿美元。三星预计，到2027年，高性能存储器和逻辑IC对千兆级封装解决方案的需求将翻一番，并强调其与云服务提供商和AI芯片组开发商的合作。

全球向小芯片架构的转变正在进一步加速对大型基板制造和先进互连的投资。领先的外包半导体封装测试 (OSAT) 供应商之一安靠科技 (Amkor Technology ) 宣布在越南和葡萄牙设立新工厂，旨在为千兆级设计提供高密度扇出型和 2.5D/3D 封装，预计到 2026 年将达到运营产能。

展望2029年，SEMI等行业组织预测先进封装将实现两位数的复合年增长率 (CAGR)，其中千兆级解决方案在总潜在市场和资本投资中的份额都将快速增长。关键驱动因素包括人工智能工作负载的激增、百亿亿次计算以及向2纳米以下工艺节点的过渡，所有这些都需要先进封装来优化功耗、性能和尺寸。

竞争分析：领先公司的策略

随着半导体制造商和先进封装供应商不断追求创新，以满足对更高性能、集成度和能效的需求，全球千兆级集成电路 (IC) 封装解决方案的竞争日益激烈。在 2025 年及不久的将来，行业领导者将部署独特的战略——从专有封装架构到战略性产能扩张——以在快速发展的千兆级 IC 市场中抢占市场份额。

英特尔公司正利用其先进的封装产品组合，包括Foveros和EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）技术，实现用于数据中心、人工智能和客户端计算的高密度异构芯片集成。该公司近期宣布在美国和欧洲大规模扩建其先进封装产能，预计到2025年中期，俄亥俄州工厂将支持千兆级先进封装生产。英特尔的2025年路线图强调“系统代工”方法，将先进封装作为其IDM 2.0战略的核心差异化优势，并与生态系统合作伙伴合作，通过UCIe（通用芯片互连标准）标准实现开放的芯片互操作性。

领先的纯晶圆代工企业台积电(TSMC ) 持续扩展其专有的CoWoS(晶圆上芯片) 和InFO (集成扇出型) 封装平台，这些平台对于驱动高性能计算、网络和 AI 加速器的千兆级 IC 至关重要。2025 年，台积电将提升其 CoWoS 产能，目标是将产量翻一番，以满足超大规模厂商和 AI 芯片供应商台积电日益增长的需求。该公司还投资于下一代封装技术，例如SoIC (系统级集成电路)，以促进逻辑和内存芯片的垂直堆叠，进一步提高系统集成密度和性能。台积电的战略专注于与客户密切合作，共同优化封装和工艺节点，从而快速采用千兆级架构。

安靠科技(Amkor Technology ) 是全球领先的外包半导体封装和测试 (OSAT) 企业，该公司正加大对大型先进封装设施的投资，尤其是在韩国和越南，从而提升自身的竞争优势。安靠科技的产品组合包括高密度扇出型、2.5D/3D IC和硅中介层解决方案，这些解决方案在人工智能、高性能计算和汽车领域的千兆级应用中的需求日益增长。2024 年，安靠科技在越南北宁开设了其最大的先进封装工厂，并计划在 2025 年及以后扩大生产能力。安靠科技。安靠科技的战略强调供应链弹性、全球影响力和技术合作伙伴关系，以便为多样化的客户群提供可扩展的千兆级解决方案。

在这些领先企业中，千兆级集成电路封装的前景以积极的产能投资、生态系统协作和封装架构的持续创新为标志——随着未来五年对千兆级集成的需求加速增长，该行业将实现强劲增长。

未来展望：新兴应用和长期趋势

随着半导体行业向千兆级集成迈进——单个封装可容纳数百亿个晶体管和众多异构组件——封装技术已成为关键的创新驱动力。2025年及未来几年，人工智能 (AI)、高性能计算 (HPC)、先进网络和下一代消费电子产品的激增需求将塑造千兆级集成电路 (IC) 封装的未来前景。

最重要的趋势之一是先进 2.5D 和 3D 封装（包括芯片架构）的快速成熟和扩展。这些方法允许将大型芯片分割成更小、更有利于良率的芯片，这些芯片可以组装在高密度中介层或基板上。例如，英特尔公司正在加强其 EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）和 Foveros 3D 堆叠技术，从而能够在单个封装内集成异构计算、内存和 I/O 芯片。台积电 (TSMC) 持续扩展其 CoWoS（晶圆基板芯片）和 SoIC（集成芯片系统）平台，支持数据中心和 AI 加速器应用的更大规模逻辑上逻辑和逻辑上内存的堆叠。

展望2025年及以后，千兆级封装解决方案不仅要解决密度和集成度问题，还要应对电力传输、热管理和信号完整性方面的挑战。AMD和英伟达公司正在积极开发先进的多芯片GPU和加速器解决方案，利用高带宽互连和创新基板材料来满足生成式AI和高吞吐量计算的需求。

边缘人工智能、6G 通信和汽车自动驾驶等新兴应用进一步推动了对千兆级封装的需求。例如，汽车行业需要高可靠性、高散热效率和微型化的 IC 封装，以实现传感器融合和实时推理，而英飞凌科技股份公司和瑞萨电子株式会社等供应商正在努力满足这一需求。

展望未来，行业发展路线图预计微凸块和混合键合间距将持续缩小，玻璃芯基板将用于实现极致信号完整性，人工智能驱动的设计自动化将得到普及，以应对复杂的封装布局。标准化工作和生态系统合作（例如通用芯片互连快速通道 (UCIe) 计划）预计将加速互操作性和生态系统的发展（通用芯片互连快速通道联盟）。

总之，2025 年及以后的千兆级 IC 封装解决方案将成为下一代计算、通信和智能边缘系统的基本推动因素，其创新重点是密度、集成度和整体系统性能。

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