真乄科技業的頂尖投資團隊

在今年初於法國Grenoble舉行的歐洲3D TSV高峰會上，來自半導體產業的業界專家們似乎都認同這樣的看法：在包括消費市場等許多領域，採用2.5D整合(透過利用中介層)仍將比採用真正的3D垂直整合更具成本競爭力。而這可能對於電子製造產業帶來重大變化。

半導體諮詢公司ATREG資深副總裁兼負責人Barnett Silver在會中發表對於封裝與IC製造市場的看法。

他說，“過去十年來，隨著技術邁向下一個先進節點，半導體製程與晶圓廠開發的總成本急遽上升，預計在14nm節點以後只有台積電(TSMC)、三星電子(Samsung)與英特爾(Intel)等少數幾家代工廠還握有足夠的資金持續這一製程競賽。這使得OEM以及無晶圓廠的IC設計公司只能依靠少數幾家代工選擇，持續地受到牽制。因此，大型OEM必須垂直地重新整合其具策略性的晶片供應鏈。”

圖1：晶片整合歷經週期性循環。

Silvers預計在未來三年內將會出現轉捩點——諸如蘋果(Apple)、Google和亞馬遜(Amazon)等資金充裕的OEM可望投資於越來越多的代工廠與IC封裝廠，以確保其供應鏈穩定，屆時半導體產業將能更有效地利用先進節點，以及降低晶片產能分配的風險。從觀察多家代工廠與IDM的收購/整併談判中，Silver目睹了這一類大型OEM的競價過程(不過至今並未成功)。

對於OEM而言，抗衡台積電等少數幾家晶圓代工廠市場主導地位的方法之一，就是透過不同程度的資本參與、經營權與所有權介入，以及收購委外半導體組裝與測試服務供應商(OSATS)與代工廠的股份，以及開發其他的替代生產模式。

Silver表示，這種混合的半導體製造模式可能為其帶來‘產能權益’，即半導體公司或OEM可投資於一座晶圓廠，以便取得該晶圓廠(包括保證獲得產能)整體成功的股份；或者透過更進一步的合作(共同合作)模式，由多家半導體公司共同擁有與經營一座晶圓廠，並確保按比例獲得整體產能，同時共同分擔營運費用。

圖2：先進封裝仍將是一個明顯的差異化因素，將推動產業重新整合。

“在此過程中，封裝技術至關重要，然而卻經常被忽視了”，Silver表示，他看到OSAT和晶圓代工服務的融合態勢。

根據Yole Developpement的調查報告，2014年全球半導體IC晶圓中約有19%採用晶圓級封裝技術(如晶圓植凸塊、RDL與TSV等)製造，預計在2015年還將提高到20%。

Silver表示：“在代工廠、OSAT和IDM競相搶佔510億美元的晶片組裝與測試市場之際，我預期未來將會看到更多的整併與收購。隨著封裝技術變得越來越先進，特別是在晶圓級，在前段製程與後段封裝之間將會發生重新整合與融合。”

儘管大部分的進展都來自於矽穿孔(TSV)技術，包括解析度、深度與長寬比等，該技術仍被認為成本高昂，而僅限於高階應用，包括伺服器記憶體或高性能運算等。雖然2015年被認為是3D TSV起飛的一年，可望看到更多高頻寬記憶體加速量產，但在今年歐洲3D TSV高峰會上的眾多爭議多半都圍繞在這種全3D架構何時才能和2.5D中介層一樣在消費應用上展現競爭力與成本優勢。這種不確定性對於OSAT來說正是一個好機會，讓他們能夠擴展產品組合，以及抗衡企圖掌控一切的代工廠。

根據半導體封裝諮詢公司TechSearch International總裁E. Jan Vardaman指出，雖然TSV技術已經被廣泛地應用在感測器和MEMS，但產能問題以及堆疊記憶體與邏輯元件帶來的熱挑戰仍然讓3D TSV無法得到消費應用的青睞。

Vardaman認為，邏輯元件和記憶體的單晶片整合最早將在2018年實現，但由於智慧型手機帶來的價格壓力，將使其難以在2019年以前採用3D TSV實現邏輯元件與邏輯元件的堆疊架構。

“晶片堆疊正成為現實，AMD目前也在著手進行中，”AMD資深研究員Bryan Black觀察今天的2.5D和3D封裝解決方案表示，“但為什麼現在才發生？”他聲稱AMD大約在十年前就已經解決了產能問題了，而且即將在其所有產品系列中使用TSV技術。

成本是首要原因，特別是以先進製程節點製造大型晶片時，由於產量減少，使得成本變得更高昂。“晶片整合也已經耗盡能量了，”Black認為，下一代製程節點的整體成本並不一定就會比較便宜。”

圖3：電晶體成本的不確定性

他的分析是，即使摩爾定律(Moore’s law)能夠為每個新製程節點帶來更多的電晶體，也不會是最適用的電晶體了，因為製程微縮將不再支援單一晶片上的不同功能，例如快速邏輯、低功耗邏輯、類比與快取等。

因此，從邏輯上來看，工程師將會試著把大型單晶片分成專用的元件，最大限度地發揮新的和現有製程節點的價值，而僅透過2.5D與3D堆疊進行重新整合。在他看來，IC整合將永遠不會脫離中介層，相反地，矽中介層將會是未來的SoC關鍵介面，支援多種來源的3D元件，使其可依所需的步調擴展各種功能。

圖4：矽中介層將是未來的SoC介面。

隨著堆疊晶片的成本降低，OEM將能夠善加利用晶片共享以取代軟IP授權，購買市場上最好的晶片，並加以組裝製作成自有的SoC。為了自行整合，大型OEM將樂意投資於OSAT或進行封裝的代工廠。

“在伺服器領域，還有誰比Google或Facebook更清楚他們需要的是什麼？”Black指出，“這些公司並不希望被AMD或英特爾的硬體產品所束縛，但他們也不至於打造出更比半導體公司更多創新，他們只需要增加自己的創新就夠了。”

“因此，理想情況下，他們會希望市場上出現一款配備開放插槽的晶片，讓他們能創造自已想要的產品，”Black如此評論，同時也坦言曾經與Goolge的工程師交換過意見。

這種晶片級IP共享的願景是：大型OEM可購買來自不同廠商經測試可用的晶片，以及管理自家的2.5D中介層插槽，在某些情況下甚至還可加入自家的ASIC於產品組合中，這一願景與ATREG設想的垂直重新整合情景不謀而合。

“現在正是商業模式改變的有利時機！”Black的結語似乎暗示著晶片供應商更希望專注於銷售更多經IP驗證可用的分離式晶片，而非無法符合OEM期待的大型多功能整合晶片。

編譯：Susan Hong

(參考原文：TSVs to Split More Chips: Re-Integration is the Focus，by Julien Happich)