通往更高性能未來的道路并非只有一條。

大語言模型的狂熱追捧，正推動(dòng)AI級(jí)數(shù)據(jù)中心迎來爆發(fā)式擴(kuò)張。新建與規(guī)劃中的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目似乎遍地開花。伴隨這場建設(shè)熱潮，行業(yè)面臨著巨大壓力：需要更強(qiáng)的算力、更低的單次推理能耗，以及機(jī)架級(jí)更高的可靠性。承載這一性能的服務(wù)器板卡依賴GPU、AI加速器與 CPU。這些芯片已從單一單片架構(gòu)，演進(jìn)為采用先進(jìn)封裝技術(shù)組裝的多芯片系統(tǒng)。如今，催生多芯片架構(gòu)的同一股壓力，正推動(dòng)這類封裝方案變得尺寸更大、功耗更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。

對(duì)于這類系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）而言，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商所關(guān)心的性能指標(biāo)，帶寬、時(shí)延、功耗與可靠性，越來越不由芯片裸片本身決定，而是由承載、互聯(lián)并為其散熱的先進(jìn)封裝技術(shù)主導(dǎo)。這一壓力正迫使先進(jìn)封裝拿出可靠的技術(shù)路線圖，以支持更多芯片、更高速度，并持續(xù)解決熱學(xué)與力學(xué)問題。

技術(shù)路線的十字路口

隨著路線圖逐漸清晰，一個(gè)事實(shí)日益明確：通往更高性能未來的道路并非只有一條。相反，我們正走到一個(gè)十字路口，面前延伸出數(shù)條截然不同的分支。每條路線各有優(yōu)劣，也將分別影響后續(xù)GPU、加速器與CPU的系統(tǒng)劃分方式及供應(yīng)鏈布局。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須了解可選方案，并在設(shè)計(jì)規(guī)劃早期就做出兼顧封裝特性的決策。

本文對(duì)比了目前已成為重要候選方向的四條技術(shù)路徑：CoWoS 技術(shù)路線、轉(zhuǎn)向 CoPoS、導(dǎo)入玻璃芯面板基板、采用晶圓基板直貼平臺(tái) PCB（CoWoP），省去有機(jī)基板環(huán)節(jié)，并將分析每種方案的適用場景，以及設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)如何在生態(tài)演進(jìn)過程中保留技術(shù)選擇空間。

CoWoS：成熟可靠，但約束明顯

當(dāng)前搭載HBM的多芯片AI加速器，主要基于CoWoS制造。硅中介層采用傳統(tǒng)前道與后道工藝在 300mm 晶圓上制作，通過高密度重布線層（RDL）實(shí)現(xiàn)邏輯芯片與多組HBM堆棧間數(shù)千個(gè)細(xì)間距連接，并通過硅通孔（TSV）將電源與信號(hào)傳輸至有機(jī)基板。

其工藝流程已十分成熟：裸片在中介層晶圓上貼裝鍵合，晶圓被切割為大尺寸矩形中介層，圓形晶圓邊緣的廢料區(qū)域則被舍棄。隨后，芯片 - 中介層組件被貼裝在高性能有機(jī)基板上（通常采用味之素積層膜 ABF 材質(zhì)），該基板承擔(dān)粗線路由功能，并提供連接至 PCB 的焊球；頂部再裝配均熱板與散熱方案，完成整座封裝堆疊。

這種架構(gòu)天然形成三類互聯(lián)層級(jí)：速度極快、密度極高的片上布線；速度與密度次之的硅中介層互聯(lián)；速度相對(duì)較慢、布線稀疏的有機(jī)基板與 PCB 互聯(lián)。系統(tǒng)架構(gòu)師需要統(tǒng)籌這三個(gè)域，在不同裸片間劃分功能，并決定哪些信號(hào)保留在片上、哪些跨越中介層、哪些穿過基板，以滿足帶寬、時(shí)延與功耗目標(biāo)。

CoWoS 已量產(chǎn)多年，被視為成熟、低風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)，也是當(dāng)前絕大多數(shù)旗艦AI加速器與高端網(wǎng)絡(luò)專用 ASIC 的基礎(chǔ)方案。但其首要約束在于中介層尺寸。主流 CoWoS?S 的中介層受光刻機(jī)曝光視場（reticle）限制，目前最大可支持約三倍視場尺寸，面積接近 2700mm2。超出這一范圍，則需要采用 CoWoS?L 或 CoWoS?R 等更復(fù)雜方案，從而增加工藝復(fù)雜度與成本。

第二項(xiàng)約束來自幾何結(jié)構(gòu)。大尺寸矩形中介層需從圓形晶圓上切割，即便精心排布芯片，晶圓邊緣仍有相當(dāng)一部分面積無法形成可用中介層。實(shí)際應(yīng)用中，僅有約三分之二的理論晶圓面積可轉(zhuǎn)化為大尺寸、高品質(zhì)中介層裸片。

該技術(shù)性能優(yōu)異，但資本投入高、產(chǎn)能受限。代工廠已大舉投資提升 CoWoS 產(chǎn)能，可來自AI加速器與其他多芯片系統(tǒng)的需求仍在持續(xù)追趕。對(duì)許多項(xiàng)目而言，問題不再是 CoWoS 技術(shù)上是否適用，而是能否以合適成本、按期獲得足夠產(chǎn)能。

CoPoS：另一條技術(shù)路徑

一個(gè)被提出的替代方案是芯片 - 面板 - 基板封裝（CoPoS），一種面板級(jí)扇出封裝技術(shù)。從概念上看，CoPoS 將 CoWoS 思路從圓形晶圓擴(kuò)展至矩形面板。根據(jù)供應(yīng)商與工藝不同，當(dāng)前路線圖中的面板尺寸約在 300×300mm 至 500×500mm 區(qū)間。

從系統(tǒng)角度看，其核心優(yōu)勢在于面積利用率。大尺寸矩形芯片可在矩形面板上自然排布，相比圓形晶圓產(chǎn)生的無效區(qū)域大幅減少。對(duì)于逼近 CoWoS?S 極限的超大尺寸AI封裝，這部分額外可用面積可直接轉(zhuǎn)化為單載體產(chǎn)出更多封裝數(shù)量，以及單位有效面積中介層/扇出區(qū)域成本更低。

圖1 CoWoS和CoPo的區(qū)域利用情況

基于有機(jī)或玻璃載體的面板級(jí)工藝已可實(shí)現(xiàn) 3–5μm 線寬/線距的重布線層，研發(fā)方向正朝著更精細(xì)尺寸推進(jìn)。這一水平雖不及最先進(jìn)的硅中介層布線，但只要合理選擇凸點(diǎn)間距與接口寬度，已足以滿足多數(shù)邏輯芯片搭載HBM的架構(gòu)需求。

其代價(jià)在于成熟度。CoPoS 需要全新設(shè)備、新型物料處理方式與全新良率積累過程。公開路線圖與行業(yè)報(bào)告顯示，其試產(chǎn)線將在本世紀(jì)中葉前后落地，大規(guī)模量產(chǎn)則更接近 2030 年。這使 CoPoS 成為中期選項(xiàng)：對(duì)需要超大扇出面積、且產(chǎn)品上市窗口可與之匹配的設(shè)計(jì)頗具吸引力，但暫無法作為近期高風(fēng)險(xiǎn)旗艦產(chǎn)品的直接替代方案。

玻璃芯面板：基板升級(jí)方案

與此同時(shí)，基板行業(yè)正研發(fā)玻璃芯面板基板。相比有機(jī)芯材，玻璃具備多項(xiàng)突出優(yōu)勢。更優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性與更低翹曲度，有助于大尺寸面板對(duì)位與良率提升；低介電損耗，對(duì)吉比特乃至數(shù)十吉比特高速鏈路意義重大；可在芯材雙面實(shí)現(xiàn)細(xì)間距 RDL，并通過玻璃通孔（TGV）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

設(shè)備與材料廠商已公布玻璃基板路線圖，其線寬/線距將進(jìn)入微米級(jí)低端區(qū)間，面板尺寸與前述面板級(jí)扇出方案相近。實(shí)際上，玻璃芯材可將部分 “類中介層” 布線密度直接集成在基板內(nèi)部。

圖 2：基板中玻璃芯材與替代材料對(duì)比表

對(duì)系統(tǒng)與芯片設(shè)計(jì)人員而言，玻璃基板開辟了多種可能：在部分 2.5D 封裝中，將更多布線轉(zhuǎn)移至玻璃芯，減少甚至省去獨(dú)立硅中介層；在玻璃芯上方整合面板級(jí)扇出技術(shù)，打造超大尺寸AI或網(wǎng)絡(luò)封裝，同時(shí)避免將 CoWoS?S 推向性能舒適區(qū)之外；在封裝級(jí)為小芯片、SerDes 或射頻功能提供低損耗高頻通路。

玻璃基板并非無成本升級(jí)。它需要特殊成型工藝、不同的搬運(yùn)與加固方式，以及全新檢測方案?，F(xiàn)有有機(jī)芯產(chǎn)線折舊已完成，對(duì)多數(shù)產(chǎn)品仍具競爭力。實(shí)際應(yīng)用中，玻璃基板很可能率先出現(xiàn)在最高端、對(duì)帶寬需求最迫切的系統(tǒng)中，隨后隨產(chǎn)能提升與成本下降逐步普及至更廣泛市場。

CoWoP：封裝與主板合二為一

晶圓基板直貼平臺(tái) PCB（CoWoP）是四條路線中最具顛覆性的方案。該方案不再將硅中介層或扇出組件貼裝在有機(jī)封裝基板上，而是將整座結(jié)構(gòu)直接貼裝在高密度印制電路板上。堆疊結(jié)構(gòu)中的 ABF 或 BT 基板被徹底省去。

圖3：Chip-on-Wafer-on- Platform-PCB (CoWoP)

要實(shí)現(xiàn)這一方案，PCB 必須向基板特性靠攏：需要線寬/線距達(dá) 15–20μm 的超高密度板、多次壓合工藝，以及經(jīng)過精細(xì)選材的材料以控制翹曲與熱膨脹系數(shù)（CTE）。這與當(dāng)前主流服務(wù)器主板相比有顯著提升，但隨著 PCB 技術(shù)進(jìn)步并非無法實(shí)現(xiàn)。

若 CoWoP 能在大尺寸中介層或扇出組件直貼主板的場景下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定良率，其優(yōu)勢顯而易見：層疊更少、組裝步驟更少、從芯片到系統(tǒng)的鏈路更短。它還將把更多價(jià)值與創(chuàng)新轉(zhuǎn)移至 PCB 制造商，有望重塑先進(jìn)封裝供應(yīng)鏈格局。

其風(fēng)險(xiǎn)在于，CoWoP 將多項(xiàng)高難度挑戰(zhàn)，精細(xì)線路 PCB 制造、大尺寸主板平整度、大電流供電、先進(jìn)檢測，壓縮在一套高度緊湊的堆疊方案中。目前，它仍更接近概念與早期演示階段，遠(yuǎn)未達(dá)到大規(guī)模量產(chǎn)水平。設(shè)計(jì)人員應(yīng)將其視為長期選項(xiàng)，而非 CoWoS 或 CoPoS 的即時(shí)替代方案。

圖 4：CoWoP 未來有望成為先進(jìn)封裝的主流技術(shù)

選擇技術(shù)路徑，而非唯一贏家

面對(duì)這些分化的路線，人們很容易追問哪條會(huì) “勝出”。更現(xiàn)實(shí)的看法是：四種方案將長期共存，分別服務(wù)于不同細(xì)分市場：當(dāng)需要最小化項(xiàng)目進(jìn)度與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，CoWoS 仍是旗艦AI加速器與高端網(wǎng)絡(luò) ASIC 的默認(rèn)選擇；待面板級(jí)工藝實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)驗(yàn)證且產(chǎn)能到位后，CoPoS 將成為超大尺寸、高帶寬封裝的優(yōu)選；玻璃芯面板可作為基板升級(jí)路線，在特定應(yīng)用中補(bǔ)充或部分替代硅中介層；待超高密度 PCB 制造與檢測技術(shù)成熟后，CoWoP 最終有望為量產(chǎn)型系統(tǒng)提供簡化、高性價(jià)比路徑。

而多數(shù)企業(yè)同樣不會(huì)將全部賭注押在單一分支上，而是對(duì)產(chǎn)品組合進(jìn)行分層布局：頂級(jí)產(chǎn)品繼續(xù)沿用 CoWoS，直至面板級(jí)替代方案明確成熟；中端加速器與專用數(shù)據(jù)中心芯片可更早轉(zhuǎn)向 CoPoS 或玻璃芯基板，這類場景下封裝成本比極致互聯(lián)密度更關(guān)鍵；邊緣 AI、消費(fèi)電子與汽車產(chǎn)品可在主板生態(tài)成熟后探索類 CoWoP 工藝，利用其簡化組裝與薄型堆疊優(yōu)勢。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)該如何做？

在生態(tài)持續(xù)演進(jìn)的過程中，架構(gòu)與物理設(shè)計(jì)人員可通過幾項(xiàng)務(wù)實(shí)舉措降低未來風(fēng)險(xiǎn)。首先是接口設(shè)計(jì)兼顧封裝特性，但不與單一封裝綁定。布局規(guī)劃、凸點(diǎn)分布與接口間距設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)支持中介層與面板級(jí)基板，避免大規(guī)模返工。杜絕僅適用于單一工藝的設(shè)計(jì)假設(shè)。

其次是盡早開展多堆疊方案仿真，CoWoS、CoPoS、玻璃芯與 CoWoP 各自擁有不同的熱傳導(dǎo)路徑、力學(xué)特性與供電網(wǎng)絡(luò)。在封裝方案鎖定前，對(duì)多種候選堆疊進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)分析，可提前驗(yàn)證可行性并定位真實(shí)瓶頸。

第三是構(gòu)建覆蓋全供應(yīng)鏈的合作關(guān)系，代工廠、外包封測服務(wù)商（OSAT）、基板廠商、面板廠與 PCB 供應(yīng)商的推進(jìn)節(jié)奏各不相同。產(chǎn)能獲取與早期信息往往比路線圖上的品牌標(biāo)識(shí)更重要。廣泛的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)能讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在技術(shù)與需求變化中擁有更大回旋余地。

先進(jìn)封裝已不再只是后端環(huán)節(jié)：它是系統(tǒng)架構(gòu)、成本結(jié)構(gòu)與上市時(shí)間的核心組成部分。好消息是，我們的選擇越來越多，而非越來越少。若設(shè)計(jì)之初便預(yù)留選項(xiàng)、保持路線圖靈活，眼前的技術(shù)分叉將成為差異化競爭的機(jī)遇，而非阻礙創(chuàng)新的約束。

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