充電練功區 - CoWoS是什麼？

什麼是 CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate)？

CoWoS 可以被視為一種高級的“拼圖遊戲”，但這個拼圖不只是將圖塊放在一起，它涉及到將不同的芯片放在一個共同的平台上，使它們能夠更快、更有效地相互交流和運作。

圖像化的描述：

• 拼圖平台 (Wafer)：想像一下，你有一個平台，這個平台是一個大大的硅片 (Wafer)。這個平台是整個“拼圖”的基礎。
• 拼圖塊 (Chips)：然後，你有多個不同的小拼圖塊，每個拼圖塊代表一個不同的芯片，比如CPU（中央處理器）、GPU（圖形處理器）、記憶體芯片等。
• 矽中介層 (Interposer)：這個平台上的一層“膠水”把所有的拼圖塊緊密地連接在一起，這層“膠水”就是矽中介層。它的作用是確保這些拼圖塊之間可以快速且精確地互相傳遞訊息。
• 基板 (Substrate)：最後，整個拼圖被放在一個基板上，這個基板就像是一張畫布，它支持並保持整個拼圖的完整性，同時也負責把整個系統連接到外部的其他設備。

CoWoS 的優勢

1. 高效能整合：
2. • 當這些芯片被緊密地排列在一起並使用矽中介層連接時，訊號可以更快地傳遞，就像你把幾個人放在同一個房間裡談話，而不是分開在不同的房間裡，這樣他們可以更快地交流信息。
   • 這種結構對於高性能計算需求特別有利，比如人工智慧(AI)應用中的大量數據處理。
2. 縮短信號傳輸距離：
3. • 在傳統的電子設備中，訊號必須穿越不同的電路板才能到達不同的芯片，而 CoWoS 縮短了這種距離，使得訊號幾乎可以瞬間傳遞。
   • 想像一下，在一個小村莊裡，你可以直接與隔壁鄰居交談，而不需要通過電話。
3. 高集成度與縮小體積：
4. • CoWoS 將多個芯片整合在一個小小的空間內，這使得設備可以做得更小、更輕薄。
   • 比如在你的手機中，它可以幫助減少內部空間的佔用，從而讓手機變得更薄。
4. 散熱優化：
5. • 當多個高效能芯片同時工作時，它們會產生大量的熱量。CoWoS 能夠更好地管理這些熱量，防止芯片過熱導致系統不穩定。

CoWoS 的劣勢

1. 成本較高：
2. • 由於這種技術需要更精密的製造工藝，生產成本相對較高。這也意味著它主要被用在高端市場，比如高性能伺服器和尖端的AI設備。
2. 製造過程複雜：
3. • CoWoS 的製造需要高度精確的技術。想像你在做一個非常精細的模型，每一步都要小心翼翼，否則會出錯。
3. 良率挑戰：
4. • 因為製程的複雜性，在生產中可能會出現一些瑕疵，導致製品的良率（成功率）較低，這進一步推高了成本。

市場增長與前景 (CRGR)

CoWoS 是台積電在高性能計算市場上的一個重要技術，隨著人工智慧、5G、以及雲計算等技術的普及，CoWoS 的需求也在快速增長。

• 預計增長率：市場研究預計，從2020年至2025年間，包含 CoWoS 在內的先進封裝技術市場每年的複合增長率 (CAGR) 約為 8% 至 10%。
• 驅動因素：
• • 人工智慧和機器學習需要處理大量的數據，因此需要更快、更有效的計算能力，這就推動了 CoWoS 技術的需求。
  • 5G 技術的普及帶來了更多的數據流量，這也促使設備需要更高的處理能力。
  • 高性能計算（HPC）需求的增長，如科學計算、金融分析等，也進一步促進了 CoWoS 的應用。

CoWoS 的應用場景

以下是 CoWoS 技術的主要應用場景，涵蓋了不同的高性能計算和數據處理領域：

1. 人工智慧 (AI) 和機器學習

• 應用場景：CoWoS 技術在 AI 和機器學習中的應用，主要體現在深度學習模型的訓練和推理過程中。這些過程通常需要大量的計算資源和高效的數據傳輸，CoWoS 能夠將多個高效能芯片（如 GPU、TPU 等）集成在一起，提供強大的計算能力。
• 具體應用：AI訓練平台、深度學習加速器、圖像識別系統等。

2. 高性能計算 (HPC)

• 應用場景：高性能計算系統（HPC）被廣泛應用於科學研究、氣象模擬、基因組分析和金融風險管理等領域。CoWoS 技術可以將多個處理單元整合在一個封裝內，提升整體計算性能並降低延遲，滿足HPC系統對高效能的需求。
• 具體應用：超級計算機、數據中心、科學研究設施等。

3. 5G 基站和電信設備

• 應用場景：隨著5G技術的快速推廣，基站和其他電信設備需要更高的數據處理能力和更低的延遲。CoWoS 技術能夠將數據處理和網絡處理芯片集成在一個封裝內，從而提升設備的性能和可靠性。
• 具體應用：5G基站、網絡交換機、路由器等。

4. 數據中心與雲計算

• 應用場景：數據中心和雲計算平台需要高效的計算資源來處理和存儲大量數據。CoWoS 技術通過將多個高效能芯片整合在一個小型封裝內，提高了計算資源的密度和效率，從而支持更高效的數據處理和雲服務。
• 具體應用：雲服務器、虛擬化平台、大數據分析平台等。

5. 高頻交易與金融分析

• 應用場景：高頻交易系統和金融分析平台需要極低的延遲和高效的數據處理能力。CoWoS 技術可以支持多個處理單元的集成，確保系統能夠在微秒級別內完成數據處理和交易決策，從而提高金融交易的效率和精確性。
• 具體應用：高頻交易系統、風險分析平台、財務模擬軟件等。

CoWoS 的世界級玩家

1. 台積電 (TSMC)

• 概述：台積電是 CoWoS 技術的創始者和領導者。作為全球最大的半導體製造商之一，台積電在先進封裝技術方面處於領先地位，CoWoS 是其關鍵技術之一，廣泛應用於高性能計算和人工智慧領域。

2. 英特爾 (Intel)

• 概述：英特爾在先進封裝技術領域也有著強大的實力。雖然英特爾主要專注於 Foveros 和 EMIB 技術，但這些技術與 CoWoS 有類似的應用場景，特別是在多芯片模塊的整合和高性能計算領域。

3. 三星電子 (Samsung Electronics)

• 概述：三星在半導體製造和封裝技術方面擁有廣泛的技術資源。三星的先進封裝技術，特別是 HBM（高帶寬記憶體）技術，與 CoWoS 技術存在競爭和協同關係，特別是在高性能計算和 AI 加速器市場。

4. AMD (Advanced Micro Devices)

• 概述：AMD 是另一個在高性能計算領域具有重要地位的公司，特別是其基於台積電的 CoWoS 技術的應用。AMD 的 EPYC 伺服器處理器和 Radeon Instinct AI 加速器都受益於這項技術。

5. 輝達 (NVIDIA)

• 概述：NVIDIA 是圖形處理單元（GPU）和 AI 加速器的領導者之一。NVIDIA 的部分高端產品，如 A100 和 H100 GPU，採用了台積電的 CoWoS 技術來提升性能和效率。