3D 封裝是堆出一個生態系:TSMC SoIC vs Intel Foveros

更新於 發佈於 閱讀時間約 5 分鐘
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在前一篇中,我們介紹了 TSMC 的 2.5D 封裝方案 CoWoS,這是一種透過中介層(interposer)或再分佈層(RDL),將多顆 chiplet 並排整合的方法。這類封裝雖然仍屬於「平面延伸」,但已經能夠在模組內實現高頻寬、低延遲的互連,並帶動了像 AI 晶片、HPC 平台的興起。

然而,如果你再看一次那張圖的左半邊,就會發現 TSMC 推出的另一個更具野心的方案:SoIC。這不是單純把晶片堆起來,而是讓上下晶粒之間的訊號、電源、甚至時脈,都能以微米級的垂直通道進行穿透,將封裝從橫向擴展帶入垂直深化。

這條路線上,Intel 的 Foveros 技術同樣採用 3D 堆疊結構,並已應用在 Meteor Lake 等最新一代處理器中。儘管 SoIC 和 Foveros 兩者的名字都沒直接寫出3D,但它們早已代表了當今封裝技術邁向立體化的最高路徑。接下來,我們就從設計哲學與產業結構兩個層面,來看這兩種封裝方案的關鍵分野。


SoIC vs Foveros:兩種 3D 封裝,為何方向截然不同?

TSMC 3DFabric 封裝架構,展示 CoWoS(2.5D)、SoIC(3D)方案的整合。

TSMC 3DFabric 封裝架構,展示 CoWoS(2.5D)、SoIC(3D)方案的整合。

從技術角度看,SoIC 與 Foveros 的最大差異,在於它們對於堆疊的理解。TSMC 採取所謂的「Chip-on-Chip」設計,也就是上下兩顆晶粒是對等角色。上層可以是邏輯核心,下層也可以是邏輯核心,它們透過微凸塊(micro-bump)或無凸塊(bumpless)方式緊密連接,形成等級相同的高速計算單元。

相較之下,Intel 的 Foveros 採取Logic-on-Base架構。上層是高頻運算邏輯,底部則是處理 I/O 或電源的基底晶粒,兩者是分工明確的上下結構。這種設計的好處是模組化程度高,但彈性相對受限。

TSMC 進一步將 SoIC 細分為兩種路線:SoIC-P 和 SoIC-X。前者以 micro-bump 為基礎,適合用於 AI、HPC 等需要高速資料傳輸與較大晶粒面積的應用。後者則是更先進的無凸塊堆疊,藉由 direct copper bonding 技術實現上下晶粒的原子級接合,進一步降低功耗與封裝厚度,適用於手機、AR/VR 裝置這類極度要求空間與能效比的平台。

SoIC-P 現階段已可穩定量產,並整合進 CoWoS-S 等模組化平台。SoIC-X 則被視為下一階段的主力,未來極可能導入 Apple 的 A 系列或穿戴式晶片產品。這也說明,TSMC 並不是在賣一種單一封裝技術,而是在搭建一個能根據客戶需求,向上堆疊也能橫向擴展的異質整合平台。


封裝,不只是誰能做到,而是誰做得起來

從企業角度看,TSMC 與 Intel 之間最大的不同,不在於誰的技術比較厲害,而是策略起點與營運結構。

Intel 是 IDMs(整合元件製造商)的典型代表,他們會從設計、製造、封裝一路做到終端產品,因此 Foveros 也是自家處理器平台邁向模組化的關鍵工具。例如 Meteor Lake 處理器,底層是支援電源與 I/O 的 base die,上層則是多顆邏輯 chiplet,再透過 EMIB 實現橫向互聯。這是一種以封裝支持垂直整合的方式,強調控制力與一致性。

反觀 TSMC 的出發點不同。SoIC 並不是為了服務自家產品,而是為客戶建構出一個開放平台。這個平台允許來自不同公司、不同製程、不同功能的晶粒透過 SoIC 技術垂直堆疊,再與 CoWoS、InFO 等 2.5D 模組結合,形成所謂的3DFabric整合系統。

更關鍵的是,TSMC 能把 SoIC 落地,不只是因為技術能力,而是因為他們在地供應鏈的深度整合。這就是所謂的 flywheel 策略:客戶提出需求後,TSMC 即可定義技術規格,再由化學品、機台、材料等本地供應商共同參與優化,形成一種正向回饋的技術與商業迴圈。這也是為什麼 SoIC 看起來像是組裝服務,但本質卻是封裝生態的策展與主導。

Intel 堅守垂直整合:由自己決定封裝結構,控制元件與流程的一致性。TSMC 則選擇的是開放式平台:鼓勵設計公司來定義組合,讓供應鏈成為共同參與者。誰對誰錯?或許可以這樣問

當未來的運算平台走向 chiplet 化與異質整合,

是單點最佳化的團隊更快? 還是開放共創的平台更穩?



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邊喝邊想
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有些問題,邊喝點東西,邊想,會比較有答案。這裡是我閱讀、觀察、懷疑,然後慢慢轉化的地方。寫的東西有科技、咖啡、酒,偶爾是神話。如果你也喜歡慢慢想事情,跟著我的節奏,這裡或許適合你。
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