台积电在AI时代意味着什么?

文摘   2025-01-17 09:13   新西兰  
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昨天的业绩说明会,最重要的一条就是台积电预计其云AI半导体在未来五年的复合年增长率将达到甚至超过40%。


先说结论,台积电会引领21世纪AI时代,甚至是超越英伟达的存在。随着2025年的到来,台积电几乎确立了后摩尔时代之王的地位。遥想当年,台积电All in 先进制程的战略,让自己走上了一条康庄大道。犹如20世纪70年代英特尔All in CPU战略一样,先后将Fairchild、TI以及摩托罗拉挑于马下。现在的台积电已经将英特尔、三星等一众半导体厂远远甩在身后,哪怕英特尔有一天在先进制程上迎头赶上,等扩起产能也已经是3年后的事情了,何况现在的竞争远没有这么简单。


先进制程包括台积电N2、N3这些等,相信大家早已耳熟能详,就不过多阐述。后面笔者会从先进封装、HBM、网络三个维度讲一下台积电的大院高墙。


先进封装


台积电在24年几乎垄断了全球的2.5D封装 CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)业务。未来25年的CoWos产能相比于24年将会实现翻倍增长,并在26年达到每月8万片。


更先进的3D封装 SoIC(System-on-Integrated-Chips)业务的霸主地位更是无可撼动,从23年开始到26年,产能几乎每年都会翻倍增长。


众所周知,台积电在先进封装上的优势在于良率的know how,而这来自于多年的实际生产经验积累。已经领先N个身位的台积电,随着AI芯片的不断发展,先进封装的生产经验只会不断集聚。试想一下,哪个下游大厂愿意放弃有良率保障的台积电,而陪着三星和英特尔去冒险?


一个有力的佐证来自于英伟达的GB200A芯片,其采用了CoWoS-S先进封装技术。该技术采用3.3倍光罩尺寸,同时封装8个HBM3。这里的光罩尺寸指的是单次曝光过程中,光刻机可以照射的晶圆片区域的大小,为858平方毫米。预计,英伟达是2025年台积电CoWoS的最主要客户,占整体产能63%。未来英伟达更先进的Rubin GPU芯片将会采用CoWoS-L技术,该技术采用5.5倍光罩尺寸,同时封装12个HBM3。



另一个有力的佐证来自于博通26年的3.5D XDSiP ASIC芯片量产方案,同样采用了台积电CoWoS-L封装技术,实现5.5倍光罩尺寸,同时封装12个HBM3。台积电还计划在27年转向采用光罩尺寸达到8倍的CoWoS-L,并能够同时封装12个HBM4,进一步推动封装技术的进步。


此外,还有众多初创公司,比如Cerebras公司的最新产品,晶圆级Wafer Scale Engine 3 (WSE-3) 芯片,使用了台积电的先进5纳米制程制造。这款芯片的面积非常大,约为46225平方毫米,大约是常规芯片面积的50倍以上。它集成了高达4万亿个晶体管和90万个专为AI设计的计算核心,配备了44GB的超高速片上SRAM内存。WSE-3的内存带宽达到了21PB/s,结构带宽更是高达214PB/s,支持极高速度的数据处理。在性能上,WSE-3的峰值达到了125 FP16 PetaFLOPS,是其前一代WSE-2的两倍,极大提升了处理能力,特别适合进行复杂的人工智能计算任务。

我们可以看出,无论是GPU阵营、ASIC阵营还是新兴芯片阵营都要依附于台积电的先进封装技术。芯片制造不是简单的组装生产线,技术密集型的产业一旦依附,就很难转身,尤其是像台积电这种遥遥领先的巨无霸。


HBM


众所周知,全球超过98%的HBM都被应用在使用了CoWoS封装技术的人工智能(AI)芯片上。前面三星HBM3E未通过英伟达验证,被曝出来主要原因在于其与台积电的协作过程中存在一些技术和工艺上的差异和挑战。除去三星产品本身竞争力的问题,这凸显的是台积电在整个AI芯片界的话语权。可以说,生杀予夺尽由台积电掌控。


另一方面,一年要用多少HBM,甚至什么时候要用多少HBM,都要依赖于台积电的CoWoS产能。毫不夸张的说,台积电就是一朝权在手,便把令来行。我们根据台积电25年的CoWoS产能可以推导出全球HBM总需求为1.28亿颗。SK海力士已经是台积电公认的战略同盟,销量自然有保障。美光因为体量小,作为NV的二供也能带来不错的销量增长。至于三星,笔者认为只能自求多福。


网络


谈起网络,就不得不以最近大火的CPO/OIO概念谈起了。台积电在24年底的IDEM 2024大会上高调展示了其COUPE 2.0硅光平台。

与此同时,英伟达在会上展示了一款与台积电合作开发的硅光子原型,显示出两家公司在下一代AI半导体技术方面的强大合作关系。

近期,又传出博通CPO交换机方案转向台积电CPO交换机技术的新闻。作为CPO交换机引领者的博通来说,这一转向无疑更加证明了台积电在硅光技术上的领先性。

COUPE 2.0平台在很大程度上解决了光纤到芯片耦合的技术难题,使得大规模CPO交换机量产成为可能。近期WW方面更是传出了英伟达25年8月份就要量产CPO交换机的新闻。

另一个,COUPE 2.0平台使用MRM微环调制器,替代传统的MZM马赫曾德尔仪来控制光波。MRM微环调制器具有尺寸小,制造成本低等优势。随着CPO交换机的实际生产经验的积累,未来过渡到实现OIO芯片级别的光互联将会变得越来越可预见。


总结


从电子技术的先进制程到先进封装,到HBM,再到光电子技术的COUPE硅光平台,台积电无疑实现了全方位的领先。传统的电芯片技术领先,并不断迭代进化生产线,断代领先其余半导体生产商,这已经是构建了台积电自己的小院高墙。利用先进封装技术打造的先进制程GPU、ASIC以及HBM全平台话语权进一步巩固了自己的霸主地位。众所周知,未来推理端ASIC会大放异彩,GPU和ASIC双轮驱动的台积电业绩一定有所保障。最后,台积电先进的光电子集成平台,更是使得英伟达、博通等大厂欲罢不能。从纯电到光电再到未来可能的纯光,台积电都实现了超前布局。大院高墙的台积电在可预见的十年之内,仍然是难觅敌手。而在更远的未来,在量子、光子技术大发展的年代,是否台积电仍有自己的一席之地,让我们拭目以待。


而至于投资上,受益于这整个产业链上的公司也必将迎来业绩的大爆发。笔者相信在25-26年一定会有人因此实现十倍、百倍的财富增长,现在大家需要做的无疑是紧跟产业发展,去寻找那些最核心的标的。


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