本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自sourceability

隨著市場(chǎng)跟上人工智能應(yīng)用的日益增長(zhǎng)，半導(dǎo)體行業(yè)將在2025年在功率元件、先進(jìn)封裝和HBM方面取得突破。

在準(zhǔn)備進(jìn)入 2025 年之際，技術(shù)繼續(xù)以前所未有的速度發(fā)展。隨著科技行業(yè)的變化，半導(dǎo)體行業(yè)也在發(fā)生變化，該行業(yè)正在轉(zhuǎn)型以支持新的應(yīng)用。由于半導(dǎo)體一直是技術(shù)創(chuàng)新的核心，電子元件的創(chuàng)新對(duì)于驅(qū)動(dòng)下一代智能手機(jī)和人工智能 (AI) 至關(guān)重要。

隨著不同行業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)新趨勢(shì)，全球市場(chǎng)將在未來(lái)一年和十年內(nèi)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。這些趨勢(shì)將影響半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)方式以及它們需要哪些功能來(lái)幫助新產(chǎn)品在技術(shù)領(lǐng)域具有競(jìng)爭(zhēng)力。

人工智能，作為當(dāng)今科技領(lǐng)域的王者，將在 2025 年及未來(lái)幾年繼續(xù)塑造電子元件供應(yīng)鏈。

人工智能助力HBM定制化興起

人工智能的快速發(fā)展是過(guò)去兩年半導(dǎo)體創(chuàng)新最重要的驅(qū)動(dòng)力之一。在整個(gè) 2025 年，人工智能將繼續(xù)融入更廣泛的設(shè)備中，例如 2024 年底推出的 PC。特定組件領(lǐng)域?qū)Χㄖ频男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)，引起了整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的興趣。

例如，Nvidia、Intel和AMD一直負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)以 AI 為中心的處理器，包括 GPU 和 CPU。這些組件專(zhuān)門(mén)針對(duì)自然語(yǔ)言處理、深度學(xué)習(xí)和生成響應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化。在未來(lái)幾年，我們可以期待這些組件實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，采用更具創(chuàng)新性的神經(jīng)形態(tài)設(shè)計(jì)，模仿類(lèi)似人類(lèi)大腦的功能。

然而，去年人們對(duì)高帶寬內(nèi)存 (HBM) 的關(guān)注度不斷提高，因?yàn)樗墓δ苁蛊涑蔀榇笮驼Z(yǔ)言模型 (LLM) 開(kāi)發(fā)人員的熱門(mén)選擇。由于供應(yīng)越來(lái)越緊張，制造商投入了更多產(chǎn)能和資源來(lái)開(kāi)發(fā) HBM，從而帶來(lái)了新的定制化需求。

三星半導(dǎo)體副總裁兼 DRAM 產(chǎn)品規(guī)劃主管 Indong Kim 討論了 HBM 在 AI 應(yīng)用領(lǐng)域的能力所帶來(lái)的新發(fā)展。

Kim 表示：“HBM 架構(gòu)正在掀起一股大浪潮——定制 HBM。AI 基礎(chǔ)設(shè)施的激增需要極高的效率和橫向擴(kuò)展能力，我們與主要客戶(hù)達(dá)成了一致，即基于 HBM 的 AI 定制將是關(guān)鍵的一步。PPA——功率、性能和面積是 AI 解決方案的關(guān)鍵，而定制將在 PPA 方面提供巨大的價(jià)值?！?/p>

SK海力士、三星電子和美光科技是HBM的三大制造商，它們正在探索提高其性能和處理速度的新方法。

三星和美光“在每個(gè)凸塊層面上都采用了非導(dǎo)電薄膜（NCF）和熱壓鍵合（TCB）”，而 SK 海力士則“繼續(xù)采用倒裝芯片大規(guī)?；亓鞴に嚨哪Ｋ艿撞刻畛洌∕R-MUF），該工藝只需一步即可將堆棧密封在高導(dǎo)電性模塑材料中?！?/p>

隨著越來(lái)越多的人工智能處理轉(zhuǎn)移到邊緣（更靠近數(shù)據(jù)源），為邊緣設(shè)備設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體將需要更節(jié)能、更快，并能夠處理復(fù)雜的人工智能工作負(fù)載。這一趨勢(shì)需要低功耗、高性能芯片的創(chuàng)新，尤其是對(duì)于智能相機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和自動(dòng)無(wú)人機(jī)等應(yīng)用。

先進(jìn)封裝將成為芯片創(chuàng)新的下一階段除人工智能外，開(kāi)發(fā)新的先進(jìn)封裝工藝已成為 2024 年的熱門(mén)話(huà)題之一。半導(dǎo)體行業(yè)正在面臨摩爾定律的終結(jié)，摩爾定律即“集成電路上晶體管的數(shù)量每?jī)赡攴环?，而成本上升幅度很小”?/p>

隨著節(jié)點(diǎn)尺寸越來(lái)越小，OCM 正在探索通過(guò)封裝提高芯片性能的其他選擇。Nvidia 一直在利用臺(tái)積電的先進(jìn)封裝能力來(lái)幫助提高芯片性能。這是通過(guò)臺(tái)積電的晶圓基板芯片 (CoWoS) 實(shí)現(xiàn)的，它可以提高性能、減少占用空間并提高能效。

CoWoS 通過(guò)在單個(gè)基板上堆疊芯片來(lái)促進(jìn)半導(dǎo)體創(chuàng)新。現(xiàn)在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)已接近單個(gè)納米尺寸，芯片堆疊開(kāi)發(fā)是半導(dǎo)體能力的下一個(gè)嘗試。CoWoS 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其快速擴(kuò)展的能力確保了其在大規(guī)模生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。

這些方面極大地有利于人工智能應(yīng)用日益增長(zhǎng)的需求，包括生成和大型語(yǔ)言模型 (LLM)。臺(tái)積電計(jì)劃在擴(kuò)大其全球業(yè)務(wù)的同時(shí)，提高其先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的產(chǎn)能。據(jù)傳，臺(tái)積電計(jì)劃在美國(guó)和日本建立新的 CoWoS 先進(jìn)封裝工廠(chǎng)，以滿(mǎn)足這一日益增長(zhǎng)的需求。

該戰(zhàn)略背后的主要?jiǎng)訖C(jī)是人工智能應(yīng)用對(duì) Nvidia 芯片的需求日益增長(zhǎng)。

同樣，CoWoS 技術(shù)的小尺寸有助于在散熱器和軸流風(fēng)扇設(shè)計(jì)等先進(jìn)冷卻解決方案中實(shí)現(xiàn)更高效的熱管理。隨著數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)張以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的 AI 使用，這可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)先進(jìn)封裝應(yīng)用的需求增加。

據(jù)研究，CoWoS 技術(shù)的持續(xù)集成將幫助 OCM 突破芯片封裝的傳統(tǒng)限制，通過(guò)提高性能和增強(qiáng)互連性來(lái)改善應(yīng)用。同樣，內(nèi)存（尤其是 DRAM 和 NAND 閃存）中 3D 堆疊的使用量也將在 2025 年增長(zhǎng)，以更好地支持 AI 應(yīng)用。

數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)將推動(dòng)電源組件需求激增

隨著人工智能不斷融入不同的業(yè)務(wù)和市場(chǎng)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)中心承載這些信息的需求也在不斷增加。隨著人工智能需求的增加，數(shù)據(jù)中心行業(yè)很快遇到了一個(gè)重大問(wèn)題，主要是因?yàn)殡娏蚩臻g根本不夠。

在 CNBC 的一份報(bào)告中，專(zhuān)家警告稱(chēng)，人工智能應(yīng)用對(duì)電力的需求不斷增長(zhǎng)，其潛在增長(zhǎng)潛力巨大，以至于單個(gè)數(shù)據(jù)中心的用電量可能比一些大城市甚至整個(gè)美國(guó)州都要多。

人工智能的高需求導(dǎo)致零部件產(chǎn)能下降，導(dǎo)致定制冷卻系統(tǒng)的交貨時(shí)間比幾年前延長(zhǎng)了 5 倍以上。甚至備用發(fā)電機(jī)的交貨時(shí)間也超過(guò)了通常的一個(gè)月到兩年。

自人工智能爆發(fā)以來(lái)，電力和能源已成為最突出的短缺領(lǐng)域之一。過(guò)去幾年，電氣化工作進(jìn)一步加劇了對(duì)電力的需求。電網(wǎng)是每個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全以及社區(qū)健康和安全的支柱，由于眾多行業(yè)的需求不斷增長(zhǎng)，電網(wǎng)的穩(wěn)定性變得越來(lái)越脆弱。

各國(guó)電網(wǎng)大多已有數(shù)十年歷史，使用壽命為 50-80 年，即將結(jié)束。電網(wǎng)老化導(dǎo)致其更容易受到停電、網(wǎng)絡(luò)攻擊或社區(qū)緊急情況的影響。普林斯頓大學(xué)教授杰西·詹金斯 (Jesse Jenkins) 表示， 2030 年的電力需求可能比 2021 年高出 14%-19%。

21 世紀(jì)的電網(wǎng)必須滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的電力需求，為電動(dòng)汽車(chē)、熱泵、工業(yè)電氣化和氫電解提供動(dòng)力，并且需要延伸到該國(guó)的新地區(qū)，以利用最佳的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源。這兩個(gè)因素意味著我們需要一個(gè)更大的電網(wǎng)和更多的長(zhǎng)距離傳輸。

這個(gè)問(wèn)題正在推動(dòng)電源元件行業(yè)的新發(fā)展。高效電源轉(zhuǎn)換器將利用比傳統(tǒng)硅基元件更高效的新材料，幫助減少數(shù)據(jù)中心的能源損耗。這些材料包括碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 元件，它們具有更高的擊穿電壓、更快的開(kāi)關(guān)速度、更高的功率密度和更小的尺寸。

Wolfspeed、意法半導(dǎo)體和英飛凌是三家生產(chǎn) SiC 和/或 GaN 元件的公司。Wolfspeed 是 SiC 技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者之一，一直致力于擴(kuò)大其全球影響力并提高全球生產(chǎn)能力。同樣，GaN 曾經(jīng)是一種僅用于航空航天和國(guó)防應(yīng)用的元件，現(xiàn)在越來(lái)越多地用于通信和數(shù)據(jù)中心。

同樣，這些組件由于其功率效率高，可以幫助半導(dǎo)體行業(yè)比傳統(tǒng)硅組件更快地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，最終減少電力需求。SiC 和 GaN 組件的排放量也低于傳統(tǒng)硅，可將最終產(chǎn)品的排放量減少高達(dá) 30%。

這將是未來(lái)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的必由之路，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心對(duì)電力的需求巨大，可能會(huì)增加碳排放。

半導(dǎo)體行業(yè)正在突破創(chuàng)新界限

隨著 2025 年的臨近，由于人工智能推動(dòng)了半導(dǎo)體格局的變革，半導(dǎo)體行業(yè)將在塑造技術(shù)未來(lái)方面發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。HBM 定制、先進(jìn)封裝和功率元件創(chuàng)新將是 2025 年的少數(shù)趨勢(shì)之一。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，半導(dǎo)體公司必須投資于尖端材料、新制造工藝和創(chuàng)新芯片架構(gòu)。

全球電子元件分銷(xiāo)商必須依靠其特許經(jīng)營(yíng)合作伙伴關(guān)系、全球供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)和市場(chǎng)情報(bào)工具來(lái)幫助客戶(hù)采購(gòu)這些即將上市的元件。隨著半導(dǎo)體行業(yè)適應(yīng)這些趨勢(shì)，它將繼續(xù)成為決定未來(lái)十年的技術(shù)突破的關(guān)鍵推動(dòng)因素。