先进封装“去中国化”适得其反
➤如火如荼的人工智能技术革命所需的AI芯片中，先进封装技术发挥了关键作用
➤当前全球半导体产业链的现实是，六成以上芯片需运往中国、九成以上芯片需运往亚洲进行封测，然后才能在包括西方国家在内的全球市场上销售
➤除马来西亚外，日本、新加坡、越南、菲律宾、印度等，也是美布局半导体海外制造基地的重要目的地
➤当下，在先进封装领域，中美处在同一起跑线上。美国过去几十年在半导体微细化领域积累的优势，已无法用来在先进封装领域限制中国
文 | 谭笑间
前不久，美国商务部发布公告，宣布启动初期共16亿美元的创新投资基金，以实现和加速美半导体先进封装产业的落地与升级。作为《芯片与科学法案》专用于半导体技术研发拨款计划中优先级最高的一项，先进封装技术缘何如此重要？美国在相关领域的布局意欲何为？
先进封装的崛起
讨论芯片技术的发展，“摩尔定律”是一个绕不过去的名词。其基本含义是：单位集成电路上可容纳的晶体管数量每过18至24个月便增加一倍。
“摩尔定律”是仙童半导体公司（英特尔的前身）研究开发实验室主任戈登·摩尔于1965年提出的一种经验性规律，反映的是数字产业对芯片技术不断发展的需求，同时也是美芯片企业维持领先地位的商业策略。
一方面，芯片性能不断提升推动了美国数字产业的持续增长。科技巨头在尝到数字技术带来的市场甜头后，会反过来投入巨资支持美芯片企业研发下一代芯片，使美芯片企业敢于投入巨资进行技术改良与创新。
另一方面，技术的不断更新也导致技术指标停滞不前的芯片价格不断下跌。美国通过向市场释放这种降价预期来打压美芯片企业的竞争者，后者落后越多就会亏损越大，甚至可能因收不抵支而破产。
两方面共同作用，在半导体领域造成了“强者恒强”的结果。“摩尔定律”不仅是一种产业规律，亦帮助美国维护其在信息科技领域的优势地位。
美国之所以笃定自己可以长期成为“摩尔定律”下的主要赢家，是因为看到了“半导体微细化”这条商业技术发展路径并认为这条路径可以走上几十年——芯片的设计制造端只需要不断缩小电路的尺寸，采用波长更短的光进行光刻，就能以相对稳定的方式和较低的成本提升芯片性能，并可随着每一次制程缩小而获取最大利润，实现长足发展。
然而，到了2010年前后，随着“半导体微细化”不断逼近其物理极限，支撑“摩尔定律”的经济需求与商业策略开始动摇。
一方面，研发微细化元器件所需的费用不断上涨。研发16nm工艺时导入了鳍式场效应晶体管（FinFET）技术，研发7nm工艺时导入了极紫外（EUV）光刻技术，而今研发5nm以下工艺又导入了全环绕栅极晶体管（GAA）技术……每一次技术革新的背后，都是大量的额外技术攻关，不仅研发投入越来越高，额外技术攻关的频次也越来越密，新制程芯片的利润率不断下降。
另一方面，半导体微细化所带来的芯片性能提升也变得愈发“鸡肋”。根据台积电的技术路线图，3nm芯片相比于5nm芯片在晶体管逻辑密度上提升了1.7倍，但性能仅提升了11%，相比于此前每次微细化都有近50%的性能提升缩水不少。
这就使得芯片制造企业开始慎重考虑对更低制程芯片的研发投入，转而寻求“摩尔定律”之外的技术发展路径。正是在这一背景下，先进封装技术开始受到越来越多的关注。
如果说半导体微细化是在“芯片内集成”上下功夫，那么先进封装则将目光投向了“芯片间集成”——通过采用特殊的封装方式来提升芯片与外部组件的集成度，使多个芯片集成为一个有机整体来发挥原本由单一处理器芯片发挥的计算功能，进而实现在“摩尔定律”之外继续提升计算单元性能的目标。这被半导体行业称为“超摩尔路线”。与此同时，针对半导体微细化的研发仍在继续，被称为“深度摩尔路线”，只不过它不再像过去那样是半导体性能提升的唯一路径，其突破速度也在逐渐放缓。这种与过去单纯依靠半导体微细化的“摩尔定律”时代明显不同的新的半导体发展时期，被称为“后摩尔时代”。
值得一提的是，如火如荼的人工智能技术革命所需的AI芯片中，先进封装技术发挥了关键作用。例如，当前在人工智能领域大放异彩的英伟达H100芯片，就使用了台积电研发的CoWos先进封装技术。其原理是通过在计算芯片与内存芯片之间插入一个中间层硅载片，将它们有机连接并封装到一起，使得芯片访问外部数据的速度显著提高。通过先进封装实现的这种芯片间的高速连接，被命名为高带宽内存（HBM）技术。HBM总线还设置了外部接口，可用于串联更多外部芯片，其理论传输速度最高可达每秒450GB，是此前芯片与外部数据之间通信速度的几十倍，且还存在不小的提升空间。
可以说，先进封装技术扼守着“人工智能时代”与“后摩尔时代”的交叉路口，没有先进封装技术，人工智能芯片就不可能取得如此大的进步，半导体技术发展也会降速。
工作人员在苏州光电技术研究院的封装测试公共服务平台车间内
检测一块激光雷达芯片（2024年6月2日摄）李尕摄/本刊
美国的危机感
传统的封装测试作为芯片出厂前的最后一道工序，一直处于产业链的末端，不仅利润微薄，也曾被视为低技术与劳动密集型产业。上世纪七八十年代，美国在“无晶圆厂”与“离岸外包”商业策略下将部分半导体产业迁往亚洲时，芯片的封装测试环节几乎第一个被外包出去，先是转移到韩国与中国台湾地区，随后又转移至中国大陆，以及马来西亚、越南等东南亚国家。
1978年，在国家的大力支持下，我国企业从日本东芝引进了5微米芯片封装测试生产线，开启了我国芯片封测产业的发展历程。时至今日，大陆的一些芯片封测厂商已发展成为年营收数百亿元人民币的国际封测大厂，占全球芯片封测市场份额近20%，仅次于日月光等台湾企业。目前，两岸企业合计可以占到全球芯片封测六成以上的市场份额。而美欧日韩企业在芯片封测领域存在感相对薄弱，只有美国安靠科技（Amkor）一家约占全球14%的市场份额，其余均在1%以下，且安靠科技的封测厂亦建在亚洲国家，在美国国内仅保留了技术研发部门。
当前全球半导体产业链的现实是，美国在芯片设计制造工具等产业链上游占据优势，中国则牢牢占据了产业链末端的封测环节。六成以上芯片需运往中国、九成以上芯片需运往亚洲进行封测，然后才能在包括西方国家在内的全球市场上销售。由于先进封装技术在“后摩尔时代”“人工智能时代”的角色日益吃重，这样的产业格局引起美国的警觉。
2023年11月，美国《芯片与科学法案》的首个研发投资项目就投向了先进封装技术。法案专门拨划了30亿美元用于资助美国的芯片封装企业，该计划被命名为“国家先进封装制造计划”。2024年7月9日，美商务部发布公告，宣布启动该计划首批共16亿美元的研发资助奖项，覆盖先进封装技术的五个分领域，每项研发创新奖励多达1.5亿美元。
美谋求“战略自主”难以实现
在政界推动下，美国企业加紧了对先进封装产业的布局。
2023年12月，安靠科技宣布将斥资20亿美元在亚利桑那州皮奥里亚市建造一座先进封测厂。苹果公司第一时间表示支持，称苹果将成为该封测厂第一个也是最大客户。英特尔也在技术研发端不断发力，自主研发了Foveros先进封装技术，并宣布了全新的芯片架构以适配该项技术。
美国企业也在进军海外市场。2023年8月，英特尔宣布斥巨资在马来西亚槟城打造基于其技术的首座海外先进封测厂。2023年12月，英伟达又宣布将在马来西亚柔佛兴建云计算中心。加上AMD、美光等美企竞相涌入，马来西亚芯片封测产业发展提速。除马来西亚外，日本、新加坡、越南、菲律宾、印度等，也是美布局半导体海外制造基地的重要目的地。
美国借此谋求“战略自主”的目标恐难以实现。
其一，当前，受美国内建厂成本高企等因素影响，台积电亚利桑那工厂等美《芯片与科学法案》重点资助项目的进程，都陷入不同程度的延迟乃至暂停之中；外企在美投资兴业也面临商业文化、政治操弄等方面的“水土不服”。
其二，日本、东南亚、南亚等国家和地区和美国一样，缺乏足够数量的高技术熟练工种，许多芯片制造领域的上游工业品与元器件要从中国大陆与台湾等地进口。
这背后所反映的，是多年来在工业、科技、教育等领域长期投入下积累形成的各种独特优势，包括丰富齐全的本地工业品资源、较低的制造业综合成本、庞大的技术人口等，已使中国成为任何先进制造领域都绕不过去、无可替代的存在。
当下，在先进封装领域，中美处在同一起跑线上。美国过去几十年在半导体微细化领域积累的优势，已无法用来在先进封装领域限制中国。美国在先进封装领域推行“去中国化”，不仅不可能限制我国科技发展，反而会激发我国不断突破，在全球半导体产业链中和全球市场上形成更强劲的竞争力。
（作者系中国现代国际关系研究院科技与网络安全研究所副研究员、人工智能项目负责人）□