【產業研究報告】高階AI帶動先進封裝CoWoS需求 台廠供應鏈大解密!
前言:
2022年年末，生成式AI(人工智慧)的誕生引發新一波科技革新，AI需求大幅成長，根據Precedence Research資料，未來十年AI市場規模將上升至2.58兆美元，2023~2032年複合年均成長率(CAGR)為19%，成長相當驚人，其中以雲端AI最為關鍵，因此想要布局AI市場的各大廠商，都積極添購 AI伺服器，然而 AI 伺服器與 CoWoS 之間到底有甚麼關係呢?為何CoWoS產能有限會影響 AI 伺服器的出貨呢?本文將解析 CoWoS 技術，並介紹相關受惠台廠。
目錄:
AI伺服器、高效能運算快速發展， CoWoS 成為AI晶片最優解
CoWoS 技術介紹
解密大啖CoWoS訂單的台廠有哪些!
AI伺服器、高效能運算快速發展， CoWoS 成為AI晶片最優解
自從 ChatGPT 誕生後，各大廠積極推出自家的雲端AI，由於AI需要大量訓練，帶動了AI伺服器需求提升，根據研調機構Gartner預測2025年AI伺服器的出貨量佔整體伺服器的22%，2022~2025年CAGR高達138%。而研調機構 IDC也預測，2024年，AI需求將帶動高效能運算(HPC)晶片迎來爆發性成長，半導體產業將扭轉2023年衰退陰霾，重回成長軌道，CoWoS的高效能低功耗特性成為AI晶片的首選。
目前AI伺服器晶片的需求來自輝達(NVIDIA)的伺服器H100、A100訂單，其GPU晶片嚴重缺貨，原因在於製程都需要用到CoWoS，但CoWoS產能吃緊，沒辦法滿足客戶需求，目前輝達的解決方式是透過旗下另一款伺服器AI推論以及訓練表現都更優秀的L40S來取代A100，然而A100大約僅佔輝達CoWoS產能配置的10%，H100主打高階伺服器市場，能夠處理上兆參數量的語言模型以及記憶體容量、處理速度都大勝僅能處理數十億參數量的L40S，對於追求極致AI算力的科技大廠，H100地位難以撼動，CoWoS依然供不應求，產能不足的情況將至少持續至2024年中。
CoWoS 技術介紹
過去，晶圓廠都是將晶片做好後送到封裝廠進行封裝，但隨著晶片大小越來越小，逼近摩爾定律極限時，各大晶圓廠也在尋找除了縮小閘極線寬外，還能維持晶片高效的方式，這時就有人想出將不同類型的晶片，如:邏輯晶片、記憶體晶片等整合到同一個晶片上，來達到提高晶片效能的目的，這是CoWoS封測技術的由來。
CoWoS( Chip on Wafer on Substrate )為台積電開發的2.5D先進封裝技術，CoWoS可以分為兩個部分，分別是晶片堆疊(CoW)、封裝在基板(WoS)。
晶片堆疊(CoW): 首先在中介層(Interposer)中填入導電材料形成導電通道，並在中介層上建立「微凸塊」連接高頻寬記憶體(HBM)以及系統單晶片(SoC)，此部分需要由晶圓廠製造(目前僅台積電有能力量產中介層線寬、級距都小於1mm)。
封裝在基板(WoS):將已經固定好的晶圓結合至ABF載板上，並加上蓋板，由封測廠完成。
透過上述方式，將HBM、SoC水平並列方式封裝在中介層上，使得晶片之間距離縮短，晶片整合可以使效能大幅提升，並降低功耗，過去CoWoS技術成本實在太高，一般客戶負擔不起，所以乏人問津，但隨著AI、高效能運算領域的興起，加上先進晶圓代工逼近摩爾定律極限，CoWoS的成本比起先進製程中的光罩、設備外可說是小巫見大巫，變得相對便宜，因此CoWoS逐漸成為先進封測的主流。
台積電2.5D CoWoS 可以分成CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L，差別在於中介層使用的材料以及可封裝的HBM。
目前市面上主流為CoWoS-S，不論是AI伺服器、高效能運算產品，如:輝達的H100以及AMD的MI300皆使用CoWoS-S，但缺點是生產成本過高。
CoWoS-R透過InFO技術、中介層，將各SoC、HBM異質整合，取代了中介層中的矽穿孔，可進一步降低整體封裝成本，適合網通類產品使用。
CoWoS-L為目前台積電最新技術，在矽中介層中加入主動元件LSI，提升晶片設計及封裝彈性，可以堆疊多達12顆HBM3，而成本比CoWoS-S還低，預計在2024年會推出，新一代AI晶片有機會使用，有望成為未來CoWoS技術主流。
更多關於HBM的介紹，請見:
【產業動態】AI 伺服器帶動記憶體產業 HBM 的需求竄升，預估 2024 年 HBM3 將成為主流！
【產業動態】AI 引領 HBM 需求火熱，三大原廠積極擴產及開發新品以搶佔商機！
解密大啖CoWoS訂單的台廠有哪些!
從上文能得知CoWoS技術門檻相當高，傳統的封測廠難以切入，有能力打入供應鏈的不是特殊製程器材的供應商就是有技術從事先進晶圓代工、封測的大廠，接下來要向各位讀者介紹台灣已經切入CoWoS供應鏈廠商。
CoWoS的始祖，關鍵技術只有他有能力做_台積電(2330)
台積電為全球晶圓代工龍頭，主要業務為晶圓代工，其在先進進程(7奈米以下)技術大幅領先同業，主要客戶包含:蘋果(APPLE)、超微(AMD)、高通(Qualcomm)、NVIDIA等。產品運用於五大領域，分別是手機、高效能運算、物聯網、車用電子以及消費性電子，其中以手機和高效能運算為最主要成長動能，佔整體營收約80%。隨著AI發展快速，高效能運算有望取代手機，成為未來台積電最重要的成長動能。2023年1至11月合計營收為19,854.4億元，年減4.2%，前三季盈餘為23.13元，年減16.7%。
台積電是目前唯一有能力量產中介層線寬、級距都小於1mm的晶圓代工廠，AI高階伺服器如:NVIDIA的H100、A100以及AMD推出的MI300都受限於台積電CoWoS產能狀況，其中以NVIDIA佔據多數CoWoS產能。目前台積電CoWoS產能約1.1萬片/月，並持續擴充相關設備，預計明年產能將倍數成長，2024年第四季產能為每月2.8萬片，以應對NVIDIA、AMD的需求。
更多關於台積電的介紹，請見:
【台股研究報告】台積電(2330)再度飛越財測高標，全面復甦時間點在哪？
積極尋求認證，有望拿下更多CoWoS訂單_日月光投控(3711)
日月光投控為日月光與矽品合組而成的IC封測廠，主要業務為封裝，產品應用於通訊、汽車及消費性電子、電腦。產品主要應用於通訊、汽車及消費性電子、電腦，其中以通訊作為最大宗。隨著AI封測需求的提升以及景氣開始向上翻轉，身為封測龍頭的日月光投控有望營運更上一層樓。2023年1至11月合計營收為5,320.0億元，年減13.9%，前三季盈餘為5.20元，年減51.5%。
日月光投控對於AI、CPO等應用樂觀，積極搶攻先進封測製程，目前2.5D封裝月產能約為2.5千片，並投入研發CoW，傳出已經開始尋求認證，目前AI相關營收僅佔個位數，預期相關產品在2024年會倍數成長。
已經開始布局CoW，等待春暖花開_力成(6239)
力成為台灣IC封測廠，為全球第五大封測廠、全球最大記憶體封測廠，主要業務為記憶體、邏輯IC封測，營收比例約為6:4，產品主要應用消費性電子。受惠於記憶體價格在2023年第四季谷底反彈，市場看好明後年復甦，產能利用率提升，重回成長軌道。2023年1至11月合計營收為639.6億元，年減13.9%，前三季盈餘為5.1元，年減44.7%。
力成已開始布局CoWoS供應鏈，與晶圓廠合作開發中介層以及HBM先進封裝技術，主攻CoW製程，目前還在研發階段，預計2024年將會看到成績，年底正式量產，隨著AI相關需求持續擴大，帶動記憶體需求，若是力成能夠成功切入CoWoS製程，將成為最大贏家。
NVIDIA、AMD都是他的重要客戶，贏在起跑點_京元電子(2449)
京元電為台灣IC測試大廠，主要業務為晶圓測試以及IC成品測試，運用於多個領域，包含手機、資料處理以及車用等。受惠於AI伺服器需求大增，帶動GPU晶片需求，以資料處理業務成長最為快速，第三季資料處理業務營收為1,675.77億元，季增24.2%，加上成本管控能力佳，毛利率近兩年都可以維持在30%以上。2023年1至11月合計營收為302.4億元，年減10.6%，前三季盈餘為3.49元，年減19.9%。
京元電靠著IC測試領域的技術領先，與前三大客戶NVIDIA密切合作，在NVIDIA AI 晶片測試市佔率高達七成。目前京元電的晶片測試量大於NVIDIA的測試晶片量，AI晶片目前佔京元電的營收約5~6%，預計隨著明年第三季台積電CoWoS產能開出，加上AMD積極尋找非台積電CoWoS的先進封裝產能，而AMD又是京元電重要客戶，AI晶片營收佔比有望翻倍，進入成長爆發期。
更多關於京元電的介紹，請見:
【台股研究報告】京元電子(2449)將成AI潮流大贏家，2024年營運表現大爆發！
矽中介層搶攻非台積電CoWoS供應鏈，成為另一大成長動能_聯電(2303)
聯電為台灣第二大晶圓代工廠，主要業務為晶圓代工，目前全球市佔率第四名，專攻成熟製程，尤其是28奈米的特殊製程，產品囊括OLED驅動IC、Wi-Fi、圖像訊號處理器等。隨著消費性電子產品庫存回補需求，以及產品組合優化，使得聯電近兩年毛利率都能維持在30%以上。2023年1至11月合計營收為2,055.5億元，年減20.3%，前三季盈餘為3.87元，年減30.1%。
聯電目前成功打進CoWoS矽中介層供應量，並進入量產階段，目前產能為3,000片/月，在2024年第一季會完成產能擴充，產能將翻倍至6,000片/月，然目前營收僅佔比個位數，隨著市場對CoWoS需求增加，尤其輝達、AMD積極尋找非台積電CoWoS供應鏈，相關營收有望進一步提升。
更多關於聯電的介紹，請見:
【台股研究報告】聯電(2303)12奈米製程將與英特爾合作，2024年營運迎接三大成長引擎！
CoWoS必須靠他們的設備，大啖濕製程設備訂單_弘塑(3131)、辛耘(3583)
弘塑為台灣半導體設備供應商，主要業務為濕製成設備製造、電鍍/化學鍍清洗基以及半導體化學品供應。主要客戶為台灣、中國半導體廠商，前者為台積電、日月光、台星科(3265)等，後者為盛合晶微、中芯長電等。受惠AI伺服器需求不減，台積電CoWoS積極擴產，帶動弘塑濕製成機台出貨。2023年1至11月合計營收為32.8億元，年減4.9%，前三季盈餘為14.99元，年減25.4%
弘塑提供台積電IC先進封裝製程濕式設備，如酸槽設備、單晶片旋轉機，主要將CoW製程中的中介層以化學機械研磨(CMP)，再將化學藥劑清除。前面提到，台積電CoWoS產能為1.1萬片/月，若要擴增到2024年第四季的每月2.8萬片，推測至少30台CoWoS設備需求(提高每1萬片CoWoS月產能大約需要20台)，而弘塑的相關濕製程設備售價落在100萬~300萬美金，若是以跟辛耘平分訂單計算，將至少能貢獻營收4.76億元。
辛耘為台灣半導體設備供應商，主要業務為設備生產、再生晶圓以及設備代理銷售，其中以設備代理銷售為營運最大宗，佔比約七成，使得其合約負債比例相當高，有延後認列設備銷售的特性，根據辛耘的2023年第三季財報，其合約負債高達108.8億元，主要訂單來自中國半導體廠為了完成自主化的需求，預計接下來的季度會轉為實際營收。2023年1至11月合計營收為61.9億元，年增21.2%，前三季盈餘為5.82元，年增10.0%。
辛耘目前出貨的CoWoS濕製程設備銷售單價落在100-200萬美元，台積電前次在2023年6月大量追加設備訂單，過往設備裝機期大概需要半年，因此，我們預估辛耘2024上半年CoWoS營收貢獻將大幅成長。
更多關於辛耘的介紹，請見:
【台股研究報告】辛耘(3583)CoWoS業務前景一片光明，2024年營運表現將創歷史新高！
延伸閱讀:
【台股研究報告】陽明(2609) 紅海情勢加劇 全球運價全面上漲！
【台股研究報告】旺矽(6223)包辦AI、車用超熱門題材，2024年營運表現晴空萬里！
【台股研究報告】長榮(2603)紅海事件影響全面發酵！運價持續飆升
【台股研究報告】面板報價即將展開反彈行情，群創(3481)、友達(2409)可以漲到哪？
＊本文章之版權屬筆者與 CMoney 全曜財經，未經許可嚴禁轉載，否則不排除訴諸法律途徑。
＊本文章所提供資訊僅供參考，並無任何推介買賣之意，投資人仍須謹慎評估，自行承擔交易風險。