先进封装，卡住芯片

苏布拉马尼亚·艾耶尔（Subramanian Iyer）是一位电气工程师和教育家，他长期专注于半导体行业一个沉寂的细分领域，而如今这个领域已成为全球人工智能领导地位竞争中的一个主要瓶颈。

这种技术被称为先进芯片封装，它将多达数十个组件封装在掌心大小的模块中。随着通过缩小晶体管尺寸来增加芯片上晶体管数量的传统方法所带来的计算性能提升逐渐减少，英伟达和其他芯片巨头已将封装技术视为交付能够执行更复杂人工智能任务的半导体的关键途径。

现年72岁的艾耶尔博士曾是IBM的技术专家，现在是加州大学洛杉矶分校的教授，几十年来他一直致力于推动封装技术的进步。但他和芯片行业的高管们都忧心忡忡地看到，美国在该领域的领导地位已经逐渐被同一家主导先进芯片制造的公司所取代。

台积电为英伟达和其他人工智能领军企业生产尖端芯片，并负责几乎所有芯片的封装。其主要供应商和合作伙伴也大多位于台湾，这促使美国决策者投入数十亿美元来扶持国内芯片制造。

由于台积电难以满足市场需求，封装瓶颈问题已成为硅谷的热门话题。艾耶博士曾试图通过制定封装研发中心计划来缓解这一困境，该计划由拜登政府拨款11亿美元，原计划建在亚利桑那州，但特朗普政府去年实际上扼杀了这项计划。

“归根结底，他们把孩子和洗澡水一起倒掉了，”艾耶尔博士说。“最终，我们反而更加依赖台积电了。”

这一瓶颈凸显了尽管拜登和特朗普政府都做出了努力，但美国对台湾的依赖并未缓解。拜登政府根据2022年《芯片与科学法案》拨款超过500亿美元，以启动美国国内芯片生产。而特朗普总统反对向芯片制造商提供拨款，反而力主与美国公司达成包含股权的协议，并威胁对外国公司征收关税，以达到同样的目的。

英特尔前首席执行官帕特里克·盖尔辛格曾游说支持《芯片封装法案》（CHIPS Act），他表示：“芯片制造之后，封装是最重要的环节。而我们的封装供应链可能更加岌岌可危。”

一位特朗普政府官员反驳了封装并非首要任务的说法。这位不愿透露姓名的官员表示，已有九个封装制造项目获得了CHIPS Act的资助，商务部正在评估该领域的一些重要研究项目。

为了打破僵局，一些美国大型企业正努力加快步伐。英特尔作为该技术领域的长期领导者，已经获得了不少封装客户，并于上周宣布已聘请一位新高管领导先进封装业务。应用材料公司是芯片制造工具的最大制造商，该公司正与合作伙伴在硅谷建设一座价值50亿美元的研发中心，封装是其重要的辅助业务之一。

封装专家安靠科技（Amkor Technology）正在亚利桑那州建设其在美国的首个工厂，预计将根据一项为期10年的协议，为台积电（TSMC）提供部分封装服务。拜登政府曾向安靠科技提供4.07亿美元的拨款，在与特朗普政府官员进行会谈以及英伟达（Nvidia）和苹果（Apple）表现出收购意向后，安靠科技已将其在该工厂的潜在投资额提高至70亿美元。

Amkor总裁兼首席执行官凯文·恩格尔表示，这类客户表现出“非常强劲的需求，希望在美国建立生态系统”。

长期以来，芯片封装一直被视为次要环节，美国芯片制造商将其外包给亚洲低工资国家。据全球电子协会的数据，美国芯片封装市场份额约为3%。

芯片没有封装就无法工作。这个过程也称为组装，通常是将裸露的硅片用保护性塑料包裹起来，并带有连接器，以便将信号传递给电路板上的其他芯片。

如今，芯片通常放置在称为基板的中间层上，基板通常由塑料、玻璃纤维和嵌入式铜线制成。

艾耶尔博士在1981年加入IBM之前，曾在加州大学洛杉矶分校获得博士学位。他推动了另一项关键进展。在IBM，他开发了最早的“中介层”之一，这是一种由硅制成的层，可以将多个芯片并排放置，并以更高的速度在它们之间传输信号。

对于某些人工智能处理器所需的大型封装，台积电和英特尔会在基板中嵌入小块硅片，作为芯片之间的通信桥梁。

英特尔副总裁兼封装与测试总经理马克·加德纳表示：“没有先进的封装技术，这些都无法制造出来。如果没有它，我们在人工智能领域的处境将会截然不同。”

台积电提供了一种名为CoWoS的先进封装技术，即晶圆上芯片封装（chip on wafer on substrate）。例如，英伟达的新款Rubin处理器就采用了CoWoS技术，将两颗大型AI芯片与八层高速内存芯片（每层包含12颗芯片）封装在一起，在一个封装内集成了3360亿个晶体管。台积电预测，到2029年，每个封装的计算晶体管数量将比2024年增长48倍。

但这家公司获得了《芯片技术创新法案》（CHIPS Act）的资助，在亚利桑那州建设大型芯片工厂，却不打算在2028年或2029年之前在该州使用CoWoS技术。目前，该公司在该州生产的任何芯片都必须运往台湾进行封装。

台积电目前已难以满足人工智能驱动的订单需求。国际商业战略公司分析师汉德尔·琼斯估计，台积电的CoWoS产能比市场需求低约30%。琼斯表示，台积电占据了全球先进封装市场约95%的份额。

台积电高级副总裁张凯文表示：“我看到的只有需求持续增长，这肯定会造成很多限制。”

而且成本依然居高不下。市场研究公司TechSearch International总裁Jan Vardaman表示，一款先进的芯片封装可能需要500美元。业内高管则表示，更简单的封装可能只需40美元左右。

一些芯片初创公司刻意避免采用依赖 CoWoS 的设计，因为设计所需的中介层可能需要数月时间。

“我不想碰它，” Majestic Labs 的联合创始人兼总裁 Sha Rabii 说。该公司正在设计一种人工智能处理器，该处理器可以使用更简单的封装和更便宜的内存芯片。“它解决了供应链挑战中的一个关键部分。”

艾耶尔博士和业内高管表示，从长远来看，我们需要新的封装理念。澳大利亚初创公司Syenta提出了一种利用电化学技术制造超大尺寸封装的方案，该方案可以减少生产步骤，并将通信带宽提升高达20倍。该公司首席执行官叶卡捷琳娜·维克托罗娃表示。

其他公司则在积极寻找合作伙伴开展封装研究。日本化学品制造商Resonac最近宣布成立一个由12家公司组成的封装联盟，并在硅谷附近建设一条试点生产线。

但政府的支持力度仍不明朗。拜登政府曾指定非营利组织Natcast负责监管《芯片技术创新与保护法案》（CHIPS Act）提供的74亿美元研究经费，其中封装技术是重点研究领域。

2023年，艾耶尔博士加入美国商务部的芯片项目，负责制定一项计划，建立一个研究人员可以开发和测试新型半导体材料、芯片和封装的设施。他于2024年秋季返回加州大学洛杉矶分校。

美国商务部直到2025年1月才公布该设施的拟建资金和选址，选址位于亚利桑那州立大学的一个研究园区。在特朗普执政期间，此事进展甚微，直到同年8月，商务部长霍华德·卢特尼克宣布Natcast是一个非法成立的组织，并收回了其资金。该组织否认了这一说法，但已于去年秋季解散。

并非所有业内高管都对亚利桑那州那家拟建的封装厂感到惋惜。现任风险投资公司 Playground Ventures 普通合伙人的盖尔辛格先生认为，这家封装厂应该建在现有的研发机构内，而不是从零开始建设。

伊耶尔博士并未参与选址工作，但他对此表示赞同。不过他补充道：“我认为我制定了一个不错的方案，没想到会失败。”

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