3D集成

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这种大芯片,大有可为
半导体行业观察· 2025-07-02 09:50
核心观点 - 人工智能模型规模呈指数级增长,传统单芯片GPU架构在可扩展性、能源效率和计算吞吐量方面面临显著局限性 [1] - 晶圆级计算成为变革性范式,通过将多个小芯片集成到单片晶圆上提供前所未有的性能和效率 [1] - Cerebras WSE-3和特斯拉Dojo等晶圆级AI加速器展现出满足大规模AI工作负载需求的潜力 [1] - 台积电CoWoS等新兴封装技术有望将计算密度提高多达40倍 [1] AI硬件发展历程 - Cerebras里程碑包括2019年WSE-1、2021年WSE-2和2024年WSE-3的发布 [3] - NVIDIA产品线从1999年GeForce 256演进至2024年Blackwell B100/B200 GPU [3] - Google TPU系列从2015年初代发展到2024年TPU v6e [5] - 特斯拉于2021年宣布进入AI硬件领域推出Dojo系统 [5] 晶圆级计算优势 - 提供卓越带宽密度,特斯拉Dojo系统每个芯片边缘实现2TB/s带宽 [10] - 实现超低芯片间延迟,Dojo仅100纳秒,远低于NVIDIA H100的12毫秒 [10] - 物理集成度高,Dojo单个训练芯片集成25个芯片,传统方案需10倍面积 [11] - 台积电预计2027年CoWoS技术将提供比现有系统高40倍计算能力 [12] 主要AI训练芯片对比 - Cerebras WSE-3:46,225平方毫米面积,4万亿晶体管,90万个核心,21PB/s内存带宽 [15] - 特斯拉Dojo D1芯片:645平方毫米面积,1.25万亿晶体管,8,850个核心,2TB/s内存带宽 [16] - Graphcore IPU-GC200:800平方毫米面积,236亿晶体管,1,472个核心,47.5TB/s内存带宽 [17] - Google TPU v6e:700平方毫米面积,3.2TB/s内存带宽 [17] 性能比较 - WSE-3在FP16精度下峰值性能达125PFLOPS,支持24万亿参数模型训练 [25] - NVIDIA H100在FP64精度下提供60TFLOPS计算能力 [27] - WSE-3训练700亿参数Llama 2模型比Meta现有集群快30倍 [29] - WSE-3运行80亿参数模型时token生成速度达1,800/s,H100仅为242/s [29] 能效比较 - WSE-3功耗23kW,相同性能下比GPU集群能效更高 [75] - NVIDIA H100能效为7.9TFLOPS/W,A100为0.78TFLOPS/W [74] - WSE-3消除芯片间通信能耗,传统GPU互连功耗显著 [76] - 数据中心冷却系统占总能耗40%,液冷技术成为关键 [83] 制造工艺 - WSE-3采用台积电5nm工艺,4万亿晶体管集成在12英寸晶圆上 [66] - Dojo采用台积电7nm工艺,模块化设计包含25个D1芯片 [68] - WSE-3使用铜-铜混合键合技术,Dojo采用InFO封装技术 [71] - 两种架构均需应对良率挑战,采用冗余设计和容错机制 [67][70] 应用场景 - WSE-3适合大规模LLM、NLP和视觉模型训练 [54] - NVIDIA H100更适合通用AI训练和HPC应用 [54] - Dojo专为自动驾驶和计算机视觉工作负载优化 [57] - GPU集群在数据中心可扩展性方面表现更优 [54]
混合键合,风云再起
半导体行业观察· 2025-05-03 10:05
混合键合技术概述 - 混合键合技术是后摩尔时代突破芯片性能瓶颈的关键路径,通过铜-铜直接键合与介质键合实现高密度垂直互连,互连间距可缩小至亚微米级甚至纳米级 [1][3] - 该技术相较传统凸块键合(20μm以上)可将单位面积I/O接点数量提升千倍以上,数据传输带宽大幅提升 [3] - 技术优势包括极致互连密度与性能突破、热管理与可靠性提升、三维集成与异构设计灵活性、工艺兼容性与成本优化潜力 [3] 技术应用进展 - SK海力士在HBM3E中采用混合键合技术,散热性能显著提升,成功通过12层以上堆叠可靠性测试 [5] - 三星在3D DRAM中通过混合键合替代部分TSV,芯片表面积降低30%,计划从2025年下半年量产的V10 NAND开始引入该技术 [8] - 台积电SoIC技术通过混合键合实现逻辑芯片与SRAM堆叠,使AMD 3D V-Cache处理器L3缓存容量提升3倍,性能提高15% [8] - 博通3.5D XDSiP平台通过混合键合实现7倍于传统封装的信号密度,平面芯片间PHY接口功耗降低90% [8] - 索尼2016年为三星Galaxy S7 Edge生产的IMX260 CIS是首个采用混合键合技术的商用化产品,接点间距仅9µm [11] 设备市场发展 - 全球混合键合设备市场规模2023年约4.21亿美元,预计2030年达13.32亿美元,年复合增长率30% [13] - 应用材料通过收购BESI 9%股权构建混合键合全链条能力,目标覆盖从介电层沉积到键合的全链条需求 [14][15] - ASMPT聚焦热压键合与混合键合双技术路线,2024年推出AOR TCB™技术支持12-16层HBM堆叠,I/O间距缩小至个位数微米 [16] - BESI预计2025年混合键合系统需求将急剧增加,目标市占率提升至40%,计划越南工厂二期扩产新增年产180台混合键合机产能 [18] - 库力索法主推Fluxless TCB技术,成本较混合键合低40%,计划2026年推出支持90×120mm大芯片的机型 [20][21] 行业竞争格局 - 混合键合设备市场竞争本质是"精度、成本、生态"的三重博弈 [22] - 应用材料通过全流程整合形成全产业链整合能力,ASMPT以精度壁垒引领HBM封装升级,BESI凭借高精度设备在AI领域实现快速增长,库力索法以TCB性价比延缓技术替代 [22] - 国产设备厂商如拓荆科技、青禾晶元、芯慧联等加速布局混合键合领域,推动国产替代进程 [22] 技术发展前景 - 混合键合技术预计到2030年将覆盖全球30%以上的高端芯片市场 [12] - 该技术将持续推动半导体产业向更高密度、更低功耗的方向演进,成为后摩尔时代的核心竞争力 [12] - 随着HBM4量产临近(预计2026年),具备设备-材料-工艺协同能力的厂商将主导市场 [22]
台积电,赢麻了
半导体行业观察· 2025-04-22 08:49
如果您希望可以时常见面,欢迎标星收藏哦~ 2024年,AI引发的芯片需求全面爆发,半导体产业结构性转型持续演进。在这一年,台积电 再次交出了一份亮眼答卷:不仅巩固了其技术领先地位,还在产能、营收、客户结构与全球 战略布局方面全面开花,成为当前全球最具战略纵深的半导体企业。 透过其刚刚发布的2024年年报,我们可以更清晰地看到:在这场以AI为主引擎的产业变革 中,台积电正以技术为根基、制造为核心、生态为延伸,持续构筑属于自己的"护城河"。 AI爆发年,台积电"稳稳赢麻" 2024年,尽管全球经济仍充满不确定性,传统消费电子市场复苏缓慢,但AI相关芯片的需求却持 续强劲,推动晶圆代工行业走出低谷,重回成长轨道。台积电成为最大受益者之一。 年报显示,2024年台积电全年合并营收达900亿美元,同比增长30%;税后净利达365亿美元,同 比大幅增长35.9%。毛利率达到56.1%,营业利益率达45.7%,皆创历史新高。 作为全球晶圆代工产业的龙头,台积电已经在业内建立起不可动摇的地位。台积电在IDM 2.0产业 (包括了封装、测试和光罩制造等更多环节)中 占据34%的市场份额 ,较2023年的28%显著提 升,进一步 ...
国际低温键合3D集成技术研讨会首次登录中国
半导体芯闻· 2025-04-21 18:20
半导体键合技术研讨会 - 2025中国国际低温键合3D集成技术研讨会(LTB-3D 2025)将首次在中国举办,聚焦低温键合、异质集成、先进封装等核心技术,为半导体产业提供国际交流平台 [1][3] - 会议由青禾晶元联合日本先进微系统集成研究所(IMSI)等机构主办,获得中国科学院微电子所、西安电子科技大学等权威机构支持 [5][8] - 会议将探讨表面活化键合(SAB)和原子扩散键合(ADB)等低温键合技术,这些技术已应用于半导体器件、光子系统和功率电子系统的量产 [5] 青禾晶元公司 - 公司是中国半导体键合集成技术领域的高新技术企业,核心业务包括高端键合装备研发制造与精密键合工艺代工 [10] - 技术应用于先进封装、半导体器件制造、晶圆级异质材料集成及MEMS传感器等领域,形成"装备制造+工艺服务"双轮驱动模式 [10] - 已开发四大自主知识产权产品矩阵:超高真空常温键合系统、混合键合设备、热压键合装备及配套工艺服务 [10] 会议详情 - 会议时间定于2025年8月3日-4日,地点为中国天津 [3][7] - 注册费用分为常规、会员和学生三类,早期注册可享受优惠,例如常规早鸟注册费为3000元人民币,后期注册费为3300元人民币 [7] - 摘要提交截止日期为2025年5月6日,最终稿件提交截止日期为6月30日 [7]
国际低温键合3D集成技术研讨会首次登录中国
半导体芯闻· 2025-04-21 18:20
半导体键合技术研讨会 - 2025中国国际低温键合3D集成技术研讨会(LTB-3D 2025)将首次在中国举办,聚焦低温键合、异质集成、先进封装等核心技术,推动半导体产业技术革新与产业链协作 [1][3][5] - 会议由青禾晶元联合日本先进微系统集成研究所(IMSI)、中国科学院微电子研究所等国际权威机构共同主办,汇聚全球专家与行业巨头 [1][5][6] - 重点研讨表面活化键合(SAB)和原子扩散键合(ADB)等前沿技术,通过材料异质集成实现半导体器件、光子系统及电力电子系统的3D集成创新 [5][8] 会议关键信息 - 时间地点:2025年8月3日-4日于中国天津海河悦榕庄酒店 [3][6][9] - 注册费用:普通参会者提前注册为3000元人民币/60000日元/420美元,学生统一为2000元人民币/20000日元/300美元 [6][9] - 投稿与注册截止:摘要投稿截止2025年5月6日,最终稿件确认截止6月30日 [6][9] 青禾晶元技术布局 - 公司定位为半导体键合集成技术高新技术企业,核心业务包括高端键合装备研发制造与精密键合工艺代工 [12] - 已开发四大自主知识产权产品:超高真空常温键合系统、混合键合设备、热压键合装备及配套工艺服务,覆盖先进封装、MEMS传感器等领域 [12] - 商业模式采用“装备制造+工艺服务”双轮驱动,提供全产业链解决方案 [12] 行业技术趋势 - 低温键合3D集成技术将推动半导体器件批量生产的颠覆性创新,潜在应用覆盖光子、电力电子等多个制造领域 [5][8] - 技术研讨会目标为促进国际半导体技术合作,支持中国集成电路产业及新质生产力发展 [5][8]