AI芯片技术演进

1. 关键技术节点

晶体管发展：从1947年电晶体点接触形式的双极性晶体管诞生，到1960年结型构造双极型晶体管出现，再到1960年金属 - 氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）发明，半导体技术不断革新。

封装技术兴起：2012年，CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）等先进封装技术出现，异构异质集成技术分为异构集成和异质集成，英特尔的EMIB和三星的I - Cube是代表性技术。

2. AI芯片算力提升因素

GPU算力飞跃：2016 - 2024年，英伟达GPU算力提升显著，如NVIDIA H100相比之前产品有大幅提升，这得益于MOSFET、HBM、CoWoS（HI）等技术发展。

技术协同作用：HBM提供高带宽存储，CoWoS（HI）通过异构异质集成增强芯片功能性和性能，共同推动AI芯片算力提升。

CoWoS/HBM技术发展

1. CoWoS技术特点与趋势

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技术本质与分类：CoWoS是一种异质异构集成技术，包括CoWoS - S、CoWoS - R、CoWoS - L三种类型，区别在于芯片连接方式。

技术难点与趋势：散热和Interposer及TSV应力破裂是技术难点，未来CoWoS - L将成为主要封装类型，台积电系统级晶圆技术将不断突破，3D版CoWoS技术有望发展。

2. HBM技术应用与发展方向

解决存储墙问题：HBM用于解决AI芯片存储墙问题，其3D堆叠结构和高I/O数量带来高带宽，但目前算力增速远超存储，模型体量增速也大于算力卡存储容量增速。

技术发展路径：三大存储厂商已将HBM4列入研发计划，将在堆叠层数、逻辑die、客制化等方面发展，如采用更高层数、更先进制程和定制化接口。

AI大算力芯片产业市场与投资

1. 市场规模与格局

GPU市场增长迅速：预计2023 - 2027年全球GPU市场规模复合增长率54%，2032年达5500亿美元，市场呈寡头竞争格局，英伟达独显领域占主导，华为快速崛起。

CoWoS产能提升：2023 - 2030年CoWoS总产能年复合增长率修正为63.2%，台积电是主要产能贡献者。

HBM市场规模扩大：预计2022 - 2026年HBM市场规模增长15.64倍，年复合增长率77%。

2. 产业投资分析：2024年，台积电和英伟达营收、净利润预估增长显著，市值合计超4万亿美元，占费城半导体指数总市值57%。以英伟达DGX H100为例，AI GPU服务器成本结构中，GPU板组成本占比最高，设备制造商利润丰厚。

AI大算力芯片产业发展趋势

1. 技术创新趋势

新架构GPU探索：可重构计算（CGRA）通过动态构造计算架构提升性能，软件定义硬件是其发展方向。

FOPLP技术应用：扇出型板级封装FOPLP（面板级封装PLP）可缓解CoWoS产能紧张，英伟达等大厂积极推进，相关业者在评估或小量规划中。

2. 散热与互联优化

散热技术发展：高结构强度均温板（HSS VC）采用石墨烯等材料和特殊构造提升散热效率，石墨烯生产工艺不断改进。

互联技术竞争：CPO（光电共封装）优化系统成本、功耗和尺寸，英伟达NVLink不断更新提高GPU扩展性，英特尔等成立UALink推广组制定新行业标准，挑战NVLink统治地位。

3. 材料与测试进步

PCB新材料涌现：TBF可取代ABF用于PCB，在台湾和韩国客户测试中表现良好。

Bonding技术升级：Hybrid Bonding技术从高端CMOS Image Sensor产品扩展到逻辑和存储芯片3D互连，海力士在HBM4中采用更高规格混合键合技术，三星也有望跟进。测试方面，是德科技提供了如Infiniium实时示波器、实时频谱分析仪（RTSA）等先进测试设备，满足产业测试需求。

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发布于：广东省