隨著人工智慧(AI)浪潮席捲全球,半導體產業競爭焦點正從晶片製造延伸至更高階的先進封裝技術。《紐約時報》刊出深度報導指出,過去鮮少受外界關注的晶片封裝,如今已成全球AI競賽中最關鍵一環,而台積電憑藉先進封裝技術CoWoS建立近乎壟斷的市場優勢,占全球先進封裝市場約95%,使美國對台灣半導體供應鏈的依賴達到前所未有的程度。
報導指出,近年AI模型規模快速擴大,對晶片運算能力需求持續攀升,單靠晶圓製程已難滿足效能要求,必須藉由先進封裝技術,將高效能運算晶片、高頻寬記憶體(HBM)等多種元件整合在同一封裝內,才能支撐大型語言模型、生成式AI以及雲端資料中心所需的龐大運算能力。
其中,台積電發展成熟的CoWoS技術,已成全球AI晶片最重要的整合平台。包括輝達(NVIDIA)、超微(AMD)等AI晶片設計公司,除委由台積電生產先進製程晶片外,幾乎全面依賴台積電完成最後的高階封裝,使CoWoS成為AI供應鏈中不可或缺的核心技術。
封裝躍居AI產業最關鍵瓶頸
《紐時》指出,在過去數十年,晶片封裝只是半導體製造流程中的最後一道工序,主要功能是保護晶片並提供與外部電路連接,因此附加價值相對有限,也鮮少成為外界關注焦點。然而,AI時代徹底改變封裝的重要性。
由於新一代AI處理器需要將數十甚至數百顆晶片整合在一起,同時維持高速資料傳輸與低耗能運作,封裝已不再只是「包裝晶片」,而是直接決定AI晶片效能的核心技術。
報導形容,先進封裝如今已成全球AI競賽的「鎖喉點」,誰掌握封裝能力,誰就掌握AI產業的發展速度。
台積電目前提供的CoWoS技術,可將兩顆大型AI運算晶片與八層高頻寬記憶體整合在同一封裝內。以輝達最新Rubin AI處理器為例,一個封裝內整合多達3360億個電晶體,其複雜程度遠超過過去任何一代產品。
台積電更預估,未來數年,每個AI封裝所整合的運算電晶體數量,相較2024年將增加48倍,顯示封裝技術的重要性仍將持續快速提升。
美國晶片戰略仍離不開台灣
《紐時》分析,美國近年透過《晶片與科學法案》投入數百億美元,希望重建本土半導體製造能力,同時吸引台積電赴亞利桑那州設廠,希望打造完整的美國晶片供應鏈。然而,即使美國成功吸引晶圓製造回流,最關鍵的先進封裝能力仍高度集中在台灣。
目前台積電亞利桑那州廠生產完成的晶片,仍須送回台灣完成CoWoS封裝,才能交付客戶使用。也就是說,即使晶片已在美國製造完成,整個AI晶片供應鏈最後仍必須依靠台灣。不過,台積電副共同營運長暨資深副總經理張曉強受訪時透露,公司目標是在2029年前於亞利桑那建立CoWoS與3D-IC先進封裝能力。
《紐時》認為,這也代表美國投入大量資源推動半導體自主之後,在AI時代最重要的供應鏈環節,仍無法完全擺脫對台灣的依賴。
美國曾試圖建立封裝中心卻未能成功
報導回顧美國曾規畫建立國家級先進封裝研發中心,希望提升本土封裝能力。72歲的前IBM工程師艾爾博士(Subramanian Lyer)曾主持相關計畫,在拜登政府提供11億美元支持下,希望建立美國先進封裝研發基地,以培育技術人才並縮小與亞洲的差距。然而,這項計畫最終未能持續推進。
艾爾接受《紐時》訪問直言,美國因此反而更加依賴台積電。他以一句英文俗諺形容這項政策調整:「把嬰兒連同洗澡水一起倒掉」(throw the baby out with the bathwater),意指在改革過程中,連真正重要的部分也一併放棄,導致原本希望降低依賴,最後卻陷入更深依賴。
AI熱潮推升需求 台積電仍供不應求
《紐時》指出,AI市場高速成長,也讓台積電面臨前所未有的產能壓力。
目前全球科技巨頭持續擴建AI資料中心,各家公司對高階AI晶片需求不斷增加,而CoWoS產能卻無法同步擴張,使封裝成為整體AI供應鏈最大的限制因素。
報導引述市場分析指出,台積電CoWoS產能仍不足以完全滿足市場需求,形成明顯供需缺口,也讓全球科技業者持續等待新增產能開出。張曉強表示,AI需求持續快速增加,「需求不斷升高,無疑將引發許多限制」。
除產能不足,成本也是另一項挑戰。先進封裝製程極為複雜,需要大量精密設備與特殊材料,每顆高階AI晶片封裝成本遠高於傳統封裝,也使AI晶片整體製造成本持續攀升。
台灣在全球AI競爭中的戰略地位更加突出
《紐時》最後指出,全球AI競賽已不只是比拚誰能設計最快的晶片,更取決於誰掌握完整供應鏈。當前AI產業最重要的瓶頸,已從晶圓製造逐漸轉向先進封裝,而這項關鍵能力幾乎完全掌握在台積電手中。
在全球AI需求持續攀升、美中科技競爭加劇的背景下,台灣不僅是全球最重要的晶片生產基地,也因先進封裝技術形成難以取代的戰略優勢。
《紐時》認為,正因如此,美國即使積極推動半導體供應鏈重組,在可預見的未來,仍難以擺脫對台灣先進封裝能力的高度依賴,而台積電在全球AI供應鏈中的核心地位,也將因這項技術優勢而更加穩固。