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CoWoP封裝技術詳解

英偉達GPU或將率先導入
2025-07-31
來源:芯智訊

近日,業內盛傳英偉達(NVIDIA)正在考慮將全新的擁有諸多優勢的 CoWoP(Chip-on-Wafer-on-Platform PCB)作為其下一個封裝解決方案,可能將會率先導入其下一代 Rubin GPU 使用。不過,摩根士丹利的一份報告稱, 雖然英偉達可能正在開發CoWoP技術,但短期內不太可能大規模應用。

目前眾多的HPC芯片和AI芯片的首選先進封裝解決方案是臺積電的CoWoS(Chip?on?Wafer?on?Substrate),這是一種比較成熟的 2.5D 封裝技術,是通過將硅片(例如Logic + HBM)并排貼在一個硅中介層(Si Interposer)上,再焊接到封裝基板(Package Substrate),然后用 BGA 焊球連接到主板。所有 CoWoS 解決方案的中介層面積均在增加,以便整合更多先進芯片和高帶寬存儲器的堆疊,以滿足更高的性能需求。英偉達和AMD等人工智能大廠的AI芯片都有廣泛采用CoWoS先進封裝技術。

根據曝光的一份藍圖顯示,英偉達計劃與供應鏈廠商合作研發導入全新的CoWoP封裝技術,以期替代當前的CoWoS的技術,預計2026年10月將率先在英偉達 GR150(Rubin)GPU平臺上實現。

那么,相比傳統的CoWoS技術來說,CoWoP技術有何不同呢?

簡單來說,CoWoP技術就是“CoWoS減去封裝基板”,即將硅片與硅中介層組合后,直接鍵合在強化設計的主板(Platform PCB)上,省去傳統的封裝基板與BGA步驟,形成“芯片-硅中介層-PCB”的一體化結構,實現了更薄、更輕、更高帶寬的模塊設計,同時充分利用大尺寸PCB產線的高產能與成熟工藝。但是需要指出的是,強化設計的主板需直接承擔高精度信號與電源布線的功能。雖然,“刪減封裝基板”看似容易,但在技術層面上實現則難度相當高。

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英偉達企圖再建構護城河,CoWoP帶來七大優勢

供應鏈業者表示,英偉達正計劃通過CoWoP將原本集中于芯片制程的性能瓶頸,轉移至封裝與系統級互連,以此建立新的技術護城河。整體而言,目標就是通過高度系統整合與平臺定義權,主導未來AI芯片的標準。

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根據曝光的CoWoP藍圖顯示,CoWoP未來可帶來“七大優勢”,包括:

1、信號完整性(SI)提升:省去一層封裝基板,通過硅中介層實現芯片與PCB的微凸點倒裝互連,信號傳輸路徑更短、更直接,NVLink和HBM通信損耗顯著降低,傳輸距離可延長。

2、電源完整性(PI)強化:在CoWoS等傳統封裝中,電壓調節器(Voltage Regulator,例如為GPU芯片提供穩定供電的電源管理模塊)通常位于PCB主板或封裝基板(Substrate)上,與GPU裸片之間存在較長的供電路徑,這會引入寄生電阻、電容和電感(統稱“寄生參數”),導致供電損耗、電壓波動及響應延遲。而CoWoP架構則可以使得電壓調節器可集成到更靠近GPU裸片的位置,大幅縮短供電路徑,以減少寄生參數,使電壓更穩定,降低噪聲干擾,顯著改善GPU在高負載下的供電效率。

3、散熱性能提升:減少供電損耗意味著更少的熱量產生,結合CoWoP的“無蓋設計”(Lidless),使散熱器可直接接觸GPU裸片,進一步提升散熱效率。

4、降低PCB熱膨脹系數,解決翹曲問題。

5、改善電遷移(Electromigration)。

6、降低ASIC成本與設計復雜度。省去了傳統封裝中昂貴的ABF/BT有機基板和BGA焊球環節,既降低材料成本(無封裝、無蓋子),也簡化了制造流程。

7、支持更彈性的芯片模塊整合方式,邁向無封裝構架長期愿景。

根據業界預計,CoWoP用大尺寸PCB面板替代了單價高昂的ABF基板(傳統基板占封裝成本40%以上),再加上無需BGA焊球、無蓋子,整體可以使得成本降低30%-50%,并且利用成熟的PCB產線可以縮短交付周期。而且,PCB擴產周期僅需6-12個月,遠低于傳統基板的2年,可快速響應AI算力設備爆發需求。

CoWoP帶來的四大挑戰

雖然CoWoP相比CoWoS擁有諸多優勢,但是也帶來了四大挑戰:

1、主板技術門坎大幅提高:Platform PCB必須具備封裝等級的布線密度、平整度與材料控制。PCB在此不僅承擔電連接,還需要通過HDI或MSAP/SAP等工藝在板上形成精細的重分布層(RDL),來保證信號完整性與功率分配。比如,需要再同一板上完成多至12層、30μm級線寬/線距的高速互連,兼具高帶寬、低延遲與設計靈活性。

2、返修與良率壓力劇增,GPU裸晶直接焊接主板,失敗即報廢,制程容錯空間低。

3、系統協同設計更復雜,增加開發成本。

4、技術轉移成本高。

供應鏈認為,CoWoP技術若順利推進,主板轉變為芯片的“最后一層封裝”,不僅能降低整體成本,更將主導AI硬件平臺的定義權。不過也仍有PCB業者認為,目前載板技術相對成熟,價格合理,CoWoP欲取代傳統封裝,仍需時間。

盡管如此,目前曝光的CoWoP技術藍圖數據仍顯示,CoWoP技術已在2025年7月,被列入稱為GB100的內部測試平臺中,預計2026年10月在GR150平臺上,實現CoWoS與CoWoP并行封裝策略。

顯然,這里的GB100、GR150都是英偉達內部工程測試樣品,例如用上一代Grace CPU,搭配Blackwell GPU平臺或新一代的Rubin GPU平臺,進行先進封裝技術的各種研發,并不一定會商品化對外銷售。

業界預計,英偉達將與臺積電、日月光集團旗下的矽品,以及PCB、設備等供應鏈廠商在2025年9月的供應鏈論壇后,將共同研究討論基于CoWoP的450mm×450mm封裝的可行性設計。

大摩“潑冷水”

摩根士丹利最新的研報稱,英偉達的Rubin和Rubin Ultra仍將沿用現有的ABF基板技術,而非轉向CoWoP方案。而且Rubin Ultra的ABF基板相比Rubin規格更大且層數更多,這與CoWoP的技術路徑背道而馳。

摩根士丹利分析師認為,從CoWoS轉向CoWoP在技術上仍面臨重大挑戰,對ABF基板的依賴短期內難以改變。因為,技術轉換的復雜性和供應鏈重組風險使得短期內大規模采用CoWoP并不現實。

比如,CoWoP技術要求PCB(印刷電路板)的線/間距(L/S)縮小至10/10微米以下,這與目前ABF基板的標準相當。當前高密度互連(HDI) PCB的L/S為40/50微米,即使是用于iPhone主板的類基板PCB(SLP)也僅達到20/35微米,要將PCB的L/S從20/35微米縮小到10/10微米以下存在顯著技術難度。

大摩分析師Howard Kao指出,這一技術壁壘是英偉達Rubin Ultra不太可能采用CoWoP的主要原因之一。除了技術的復雜性之外,從CoWoS轉向CoWoP將帶來顯著的良品率風險和相關供應鏈的重組。目前臺積電的CoWoS良品率已接近100%,在如此高的良品率基礎上進行技術切換存在不必要的風險。而且,考慮到目標產品將在一年內進入量產,這種技術轉換在商業邏輯上并不合理。

不過,摩根士丹利表示,盡管短期內不太可能大規模應用,但鑒于CoWoP的技術優勢,不排除英偉達正在并行開發CoWoP技術的可能性,作為當前量產技術的補充,以應對基板翹曲問題、解決特定封裝材料供應緊張或簡化GPU板制造工藝。


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