一个月30万片H100，英伟达欲找英特尔造芯？只因CoWos产能太低
新智元报道编辑：润 好困【新智元导读】因为台积电的先进封装工艺产能太低，英伟达准备寻求英特尔来生产AI芯片了。据报道，英特尔一个月最多能提供30万片的H100产能。台积电产能不够，逼得英伟达都去找英特尔造芯片了？台积电在2023年年中承认，其先进芯片封装技术CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）的需求已经超出了他们的生产能力。另一方面，被称为「人造黄金」的英伟达AI芯片在市场上供不应求，英伟达迫切希望能够尽快提高产能。最终，英伟达可能不得不开始考虑利用英特尔的先进封装技术来生产芯片。根据外媒曝料，英伟达从英特尔每月理论上能够额外获得30万块H100芯片的产能（假设产出无瑕疵且合同确实针对H100）。CoWos封装产能，卡了全世界大厂的脖子而对于台积电来说，2023年是疯狂的一年。基本每个月，媒体都要曝出他们在增加CoWos封装工艺的产能。2023年6月台积电增加先进芯片封装产能2023年7月台积电增加先进芯片封装产能而之所以CoWos封装的产能不够，最主要的原因是这是一种非常先进的封装技术，只有最先进的AI芯片，需要利用这种技术。同时，也只有台积电，英特尔等少数芯片厂商，能够使用这种技术封装生产芯片。而在AI芯片需求没有大幅提升之前，包括台积电在内的芯片制造公司都没有太高的产能。2023年是AI爆发之年，各大厂都在加紧储备英伟达的H100，使得AI芯片的需求激增。而在整个AI芯片的生产供应链中，因为CoWos封装的产能短时间难以提升，导致就算英伟达就算已经有了足够多的H100的晶圆供应，芯片的产能也会被CoWos封装「卡脖子」。H100采用了CoWoS-S封装技术，集成了7个芯片。其中心部位是H100 GPU 应用特定集成电路（ASIC），其芯片面积达到了 814 平方毫米。围绕其周围的是 6 组高带宽内存（HBM）。其中，H100 SXM版本采用了HBM3技术，每组内存为16GB，总共提供了80GB的内存容量。而H100NVL版本则包含两个封装，每个封装都配备了6组HBM。台积电依然是最重要的AI芯片工厂尽管如此，台积电仍将是英伟达主要的供应商，贡献大约90%的先进封装产能。从第二季度开始，英伟达计划至少对部分产品使用英特尔的产能。如果这一信息属实，通过增加英特尔的产能，英伟达将能够更快地满足市场对其现有AI和高性能计算（HPC）产品的需求。不过，这里存在一个挑战。英伟达目前及之前一代的所有产品，包括A100、A800、A30、H100、H800、H200和GH200，都依赖于台积电的CoWoS-S封装技术。英特尔的与先进封装技术名为Foveros，但两者使用的中介层技术不同（CoWoS-S使用的是65nm中介层，而Foveros使用的是22FFL中介层）。要使用英特尔的Foveros技术，英伟达需要对这项技术进行验证，然后对实际的产品进行质量认证。因为两种中介层是基于不同的工艺技术，并且连接点的间距也不同，所以这些产品可能会有一些微小的差异。因此，英伟达的合作伙伴在部署这些产品前也需要进行相应的认证。外媒报道称，英特尔预计将在第二季度加入英伟达的供应链，每月生产大约5000块Foveros晶圆。对英伟达来说，这是一个相当大的数字。台积电在2023年中能够每月生产多达8000块CoWoS晶圆。计划到2023年底将产能提升到11000块，到2024年底进一步增加到大约20000块。如果英伟达每月能够额外获得5000块先进封装晶圆，这将明显缓解AI芯片产能不足的问题。对英伟达来说，将部分先进封装工作外包给Intel Foundry Service是一项战略性的举措，旨在多样化其供应链。更重要的是，通过利用IFS的封装能力，英伟达还能确保这些产能不会被竞争对手使用，从而巩固自己的领先地位。CoWos封装产能为什么难以提高？CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）是一种2.5D/3D封装技术，可以拆成两部分来看，CoW（Chip on Wafer），指的是晶圆堆叠，WoS（Wafer on Substrate）则是将堆叠的晶圆封裝在基板上。CoW的目的是将一个芯片放置在包含其他芯片的晶圆顶部，从而实现高效的空间利用和增强的性能。来源：AnandTech而AI GPU上的必须的高带宽内存（HBM）和CoWoS技术是相辅相成的。HBM的高密度连接和短电路设计要求借助CoWoS这类2.5D封装技术才能实现，这在传统PCB或封装基板上难以完成的。CoWoS以合理的成本，提供了最高的连接密度和最大的封装尺寸，成为主流的封装技术。由于目前几乎所有使用HBM的系统都采用CoWoS封装，而所有高性能 AI GPU都需要用到HBM。所以可以说，绝大多数领先的数据中心GPU都采用了台积电的CoWoS封装技术。而除了高性能的AI GPU，只有少数的网络芯片，超级计算芯片和FPGA会用到CoWos封装。所以包括台积电在内的芯片制造厂都不会有太高的先进封装产能。而包括晶圆在内的其他AI GPU供应链的产能都可以从其他地方匀出来，CoWos封装产能却很难，所以就卡住了英伟达的脖子。虽然台积电一直在为更多的封装需求做着准备，但没想到这一波生成式人工智能需求来得如此之快。去年6月，台积电宣布在竹南开设先进后端晶圆厂。该晶圆厂占地 14.3 公顷，足以容纳每年 100 万片晶圆的3D Fabric产能。这不仅包括CoWoS，还包括SoIC和InFO技术。这个工厂比台积电其他封装工厂的总和还要大。而且伴随着生成式AI浪潮的发展，除了英伟达，其他的芯片公司对于CoWos的产能需求也在急剧扩张。从Semianalysis的图中可以看出，用于建设大规模AI集群的网络连接芯片，主要由Broadcom提供，也会吸收大量CoWos产能。所以只靠台积电，英伟达似乎未来也很难获得足够的出货量。而英伟达面对如此强大的市场需求，可能等不到台积电的新工厂竣工投产了，加入英特尔现成的产能肯定是一个值得考虑的选项。参考资料：https://www.tomshardware.com/pc-components/gpus/nvidia-reportedly-selects-intel-foundry-services-for-chip-packaging-production-could-produce-over-300000-h100-gpus-per-month#xenforo-comments-3835443https://www.semianalysis.com/p/ai-capacity-constraints-cowos-and
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