美中AI晶片封裝大戰：從TSMC CoWoS看先進封裝成為新戰場

Unop
6月9日
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前言：為何晶片封裝成為AI邦交的關鍵？

隨著人工智慧（AI）應用快速擴張，晶片製造迎來轉型關鍵期。光是晶片的「線寬縮減」已難以支撐持續的性能提升，「先進封裝」（Advanced Packaging）成為實現高效能運算、降低耗電與資料傳輸延遲的創新突破口。台灣積體電路製造公司（TSMC）所主導的 CoWoS® 封裝技術，正是因應 AI 巨量運算需求而崛起，並已成為美中科技戰的核心焦點之一。

一、何謂「先進晶片封裝」？

傳統封裝僅是將單一晶片（Die）封裝、焊接於基板之上，而先進封裝則著眼於多晶片整合（heterogeneous integration），結合 CPU、GPU、HBM 記憶體等元件，使其能高速互連、高效運算。主要技術包括：

2.5D 封裝：利用中介層（interposer）橫向連結晶片，TSMC CoWoS 就屬此類。
3D IC 堆疊：將晶片垂直堆疊，需解決散熱與電氣干擾挑戰。
Fan-Out 封裝：提高輸出入密度，適用於高效能行動裝置。
Chiplet 架構：模組化小晶片（如IO、記憶體、邏輯）並以先進封裝整合。

根據 IEEE 期刊與 SEMI 報告，先進封裝已成為後摩爾時代（Post-Moore Era）技術發展的關鍵環節。

二、TSMC CoWoS® 的技術特點與優勢

TSMC 自2009年開始發展 CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）技術，廣泛應用於高效能運算（HPC）與 AI 晶片中，特點包括：

高頻寬傳輸：藉由矽中介層將邏輯晶片與HBM記憶體緊密結合，極大化資料吞吐量。
低功耗與延遲：封裝內互連距離短，能大幅減少能量損耗與延遲。
擴展性強：如CoWoS-L架構支援多顆HBM與Chiplet堆疊，滿足大型AI模型需求。
製程先進整合：CoWoS整合7nm或更先進製程晶片與封裝，使TSMC在AI晶片市場具有壟斷性優勢。

三、美國與中國的先進封裝戰略對抗

TSMC在亞利桑那建廠雖耗資千億新台幣，但其 CoWoS 封裝仍主要集中在台灣。這引發美國對本土封裝能量的關切。因應此局勢，美中雙方展開「晶片封裝」的供應鏈主導權競賽：

美國：透過《晶片與科學法案》（CHIPS Act）投入數十億美元，扶植 Amkor、Intel、Micron 等企業在美設立封裝廠；並整合國防、能源等部門，打造自有封裝生態。
中國：在「中國製造2025」框架下，儘管面臨美國技術封鎖，仍大舉投資 JCET、中芯長電等封裝公司，並高薪招攬台灣封裝人才，冀望縮短與台灣、韓國在封裝技術上的落差。

封裝技術因而不再僅是製程後段，而成為地緣政治競合的高科技戰場。

四、CoWoS 產能瓶頸與供需失衡

NVIDIA的H100、B100 GPU主要依賴TSMC的CoWoS封裝，導致CoWoS產能供不應求。一顆 H100 的封裝週期需耗費數週時間，加上HBM記憶體供應緊張，使整體交期長達半年。

TSMC 已規劃在2025年提升CoWoS年產能至3倍，並拓展美國與日本封裝據點。儘管如此，AI算力需求每6個月翻倍，市場供需失衡仍難立即緩解。

五、國際競爭者的回應策略

面對TSMC封裝優勢，競爭者亦積極應對：

英特爾推出Foveros與EMIB封裝技術，試圖結合Chiplet與3D封裝特性，減少對TSMC依賴。
三星電子開發X-Cube與I-Cube技術，用於整合自家HBM與SoC晶片。
AMD則採用自有Chiplet設計搭配台積電封裝，維持彈性供應鏈。

這些策略反映出：「先進封裝 + 封裝自主」已成為全球半導體競爭新共識。

六、學術觀點：封裝不只是黏膠，而是跨領域整合

先進封裝涉及多重技術挑戰，包括：

高頻寬互連設計（High-Speed Interconnect）
電遷移與訊號完整性（EM / SI）
熱擴散與Hot-spot控制
封裝可靠度與機械應力管理

Shenggao Li等人提出：「封裝架構設計不再是附屬流程，而是主導整體系統性能的決策核心。」台灣、韓國與美國頂尖學術機構皆已開始將封裝設計納入主修課程與研究主軸。

七、產業鏈角色與人才挑戰

先進封裝的關鍵產業環節包括：

材料商：供應矽中介層、ABF基板、封裝樹脂。
設備商：如ASMPT、EVG提供打線、對準、堆疊機台。
設計平台：EDA廠商如Cadence與Synopsys支援封裝模擬與驗證。
封裝代工廠（OSAT）：如日月光、力成、Amkor為產業核心執行者。

根據SEMI預估，2027年全球封裝工程師缺口將達25萬人。此現象已促使台灣清華、交通、成大設立「先進封裝人才培訓專班」，美國MIT與Purdue也將封裝工程列為研究重點。

八、從台灣視角看風險與對策

台灣擁有完整封裝供應鏈、生產技術與人才優勢，但也需面對幾項關鍵風險：

地緣政治干擾：若美國強化供應鏈本土化，TSMC與日月光須重新配置海外封裝產能。
中國技術追趕：中國封裝公司雖起步晚，但有國家資源與人力投入，具中長期潛力。
高階人才流失：高薪挖角與海外移動可能造成經驗與技術外流。

為因應挑戰，台灣應：

推動「設計-製造-封裝」三位一體整合；
積極發展美日市場合作，形成友盟共同體；
建立國內封裝人才長期儲備制度。

九、結論與未來展望

先進封裝已從製程末端走上半導體舞台中央，成為實現 AI 晶片性能突破的關鍵技術。從TSMC CoWoS 的產能爭奪、到美中政策拉鋸，皆反映出全球科技競爭正轉向「封裝制勝」的新時代。

台灣憑藉完整封裝產業鏈與技術整合實力，處於全球供應鏈核心，但面對地緣政治與國際競爭，唯有加快「設計 × 封裝 × 國際合作」三軌佈局，方能在AI時代持續扮演關鍵推手。