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长文解读Chiplet,算力时代浪潮下的先进封装机会(附相关龙头股详解)
韭尾狐
下海干活
2023-07-18 17:49:05

Chiplet板块领涨两市其中甬矽电子凯格精机双双20CM涨停中富电路晶方科技涨停深科达金龙机电通富微电等个股涨幅居前

分析人士表示Chiplet技术逐步成为提升芯片性能及算力的解决方案之一由于AI中心训练/推理侧芯片及未来有望大规模结合硬件部署的边缘端芯片有望拉动未来半导体进入下一轮景气周期
先进封装引领摩尔定律延续

半导体封装是半导体制造工艺的后道工序是指将通过测试的晶圆加工得到独立芯片的过程即将制作好的半导体器件放入具有支持保护的塑料陶瓷或金属外壳中并与外界驱动电路及其他电子元器件相连的过程

先进封装发展历程

迄今为止全球集成电路封装技术一共经历了五个发展阶段通常认为前三个阶段属于传统封装第四五阶段属于先进封装当前的主流技术处于以 CSPBGA 为主的第三阶段且正在从传统封装SOTQFNBGA 等向先进封装FCFIWLPFOWLPTSVSIP 等转型

传统封装以引线框架型封装为主芯片与引线框架通过焊线连接引线框架的接脚连接 PCB主要包括 DIPSOPQFPQFN 等封装形式

传统封装的功能主要在于芯片保护尺度放大电气连接三项功能先进封装技术则对芯片进行封装级重构能有效提高系统高功能密度现阶段先进封装主要是指倒装焊Flip Chip)晶圆级封装WLP2.5D 封装Interposer和3D 封装TSV先进封装与传统封装的主要区别在于一级互联和二级互联方式的不同

一级互联方式主要包括传统工艺—Wire BondingWB先进工艺—Flip ChipFC

二级互联方式主要包括传统工艺—通孔插装型/表面贴装先进工艺—球栅阵列型BGA/平面网格阵列 LGA/插针网格阵列PGA

因此 FCBGAFCLGA 等封装就称为先进封装同时传统的元件封装也演变为系统封装封装对象由单芯片向多芯片发展由平面封装向立体封装发展

先进封装助力摩尔定律延续

摩尔定律主要内容为在价格不变时集成电路上可以容纳的晶体管数量每18-24 个月便会增加一倍处理器性能大约每两年翻一倍同时价格下降为之前的一半

自 2015 年以来集成电路先进制程的发展开始放缓7nm5nm3nm 制程的量产进度均落后于预期随着台积电宣布 2nm 制程工艺实现突破集成电路制程工艺已接近物理尺寸极限与此同时芯片设计成本快速提升以先进工艺节点处于主流应用时期设计成本为例工艺节点为 28nm 时单颗芯片设计成本约为 0.41 亿美元而工艺节点为 7nm 时设计成本提升至 2.22 亿美元

为有效降低成本进一步提升芯片性能丰富芯片功能各家龙头厂商争相探索先进封装技术先进封装技术作为提高连接密度提高系统集成度与小型化的重要方法在单芯片向更高端制程推进难度大增时担负起延续摩尔定律的重任

Chiplet 优势明显是国产芯片破局路径之一

高性能计算的应用场景不断拓宽对算力芯片性能提出更高要求进而拉动了先进封装及Chiplet工艺的需求随着AI大模型数据处理需求的持续提升对算力芯片性能提出更高要求Chiplet是高性能算力芯片的封装解决方案之一其在设计生产环节均进行了效率优化能有效降低成本并持续提高系统集成度Chiplet需要采用先进封装工艺中的异构集成技术进行实现因而Chiplet的高增长亦将带动异构集成的需求提升根据Omdia预测随着人工智能高性能计算5G等新兴应用领域需求渗透2035年全球Chiplet市场规模有望达到570亿美元2018-2035年复合年均增长率为30.16%发展势头强劲

与传统SoC相比Chiplet在设计灵活度良率等方面优势明显相对单片集成技术SoC而言Chiplet是由不同工艺节点的模块共同组成在相同的系统性能目标下部分模块对制程的要求有所降低节省了部分开发时间由于芯片面积越大越容易产生缺陷而Chiplet每个模块的载体都是较小的硅片有效降低了生产中产生的缺陷数量同时每个小硅片拥有单独的IP并且可以重复使用根据特定客户的独特需求定制产品节省开发时间不同工艺生产制造的Chiplet可以通过SiP技术结合典型的方案就是XPU+DRAM通过异构集成把内存和算力单元直接整合到一起提升系统性能突破算力瓶颈

针对先进制程Chiplet更具成本优势一方面小芯片形式的制造良率有所提升另一方面是Chiplet允许使用不同的制程制造异构芯片例如高性能模块采用7nm其他模块只需要14nm或28nm就可以做到性能最大化使系统整体的功能密度非常接近于7nm的集成AMD采用7nm+14nm的Chiplet设计方案较7nm的单芯片集成的成本下降了接近一半AMD认为是否使用Chiplet设计思想的动机在于性能功耗与造价能否妥协Chiplet对成本下降的效果会随着核数芯片核心的数量的降低而边际减小因此未来可能会出现一个价格的均衡点来判断采用Chiplet技术是否更具有经济效益

中美科技摩擦加剧背景下国内先进制程发展受限Chiplet是国产芯片破局路径之一近年来美国以芯片与科学法案贸易管制实体清单及与日本荷兰组成芯片联盟等手段限制我国芯片先进制程的发展使我国高端芯片领域面临卡脖子问题Chiplet降低了芯片设计的成本与门槛且其IP复用的特性提高了设计的灵活性是国产芯片破局路径之一2023年2月北极雄芯发布了国内首款基于异构Chiplet集成的智能处理芯片该芯片采用12nm工艺生产HUB Chiplet采用RISC-VCPU核心可通过灵活搭载多个NPU Side Die提供8-20TOPSINT8稠密算力该芯片可用于AI推理隐私计算工业智能等不同场景有效解决了下游客户在算法适配迭代周期算力利用率算力成本等各方面难以平衡的核心痛点

民生证券算力时代来临Chiplet先进封装大放异彩
万联证券电子行业深度报告大算力时代下先进封装大有可为
中泰证券先进封装设备行业深度先进封装推动设备需求高增国产设备迎发展良机

把握大算力时代浪潮下先进封装产业的投资机会

1先进封装是后摩尔时代下确定性的产业趋势先进封装是半导体产业超越摩尔定律提升系统性能的必然选择为封测市场带来主要增量且应用场景主要在高性能计算高端服务器等领域产品技术壁垒与价值量相对传统封装会更高重点关注传统封装厂商技术升级带来的投资机会

2Chiplet有望成为高端算力芯片的主流封装方案助力国产芯片破局大算力时代下高性能计算的应用场景不断拓宽对算力芯片性能提出更高要求进而拉动了先进封装及Chiplet工艺的需求此外Chiplet降低了芯片设计的成本与门槛且其IP复用的特性提高了设计的灵活性在国内发展先进制程外部条件受限的环境下Chiplet有望成为国产芯片破局路径之一重点关注Chiplet技术领先具备量产能力的龙头厂商

3国内先进封装产业蓬勃发展将拉动国产设备需求在先进封装工艺中对传统封装设备的使用需求和精度要求都有所提升同时由于工艺延伸至前道环节为前道设备带来增量提升了半导体设备的市场需求也进一步推进了半导体设备的国产替代进程重点关注布局封装环节设备的优质厂商

综上建议重点关注大算力时代浪潮下具备先进封装技术领先优势和客户资源优势的龙头厂商以及受益国产替代及先进封装产业发展红利的上游设备厂商

受益标的

芯碁微装

直写光刻设备龙头先进封装打开成长空间

公司是直写光刻设备龙头公司成立于 2015 年以直写光刻底层技术为核心发展 PCB泛半导体光伏铜电镀三大领域直写光刻是应用广泛的图形化工艺公司技术在该领域处于领先水平是以微纳直写光刻技术为核心的平台型企业

新益昌

国产固晶机龙头半导体固晶机快速发展

公司是国内固晶机龙头公司成立于 2006 年目前公司已经成为国内LED 固晶机电容器老化测试智能制造装备领域的领先企业同时凭借深厚的研发实力和持续的技术创新能力成功进入了半导体固晶机和MiniLED 固晶机市场此外公司部分智能制造装备产品核心零部件如驱动器高精度读数头及直线电机音圈电机等已经实现自研自产是国内少有的具备核心零部件自主研发与生产能力的智能制造装备企业

光力科技

国内半导体划片机设备龙头

公司已成为半导体封测设备以及关键零部件领域龙头企业2016 年以来公司通过持续收购 LPLPBADT 等公司迅速进入了半导体划片机及核心零部件空气主轴领域根据公司 2022 年 4 月 12 日发布的投资者调研纪要公司的半导体划片设备最关键的精密控制系统可以对步进电机实现低至 0.1 微米的控制精度处于业内领先水平公司有望充分受益于行业国产替代

快克智能

电子装联设备龙头布局半导体封测打开成长空间

电子装联设备龙头布局半导体封测设备公司布局电子装联精密焊接设备多年2022 年荣获国家工信部电子装联精密焊接设备制造业单项冠军公司立足于国家半导体设备国产化战略方向通过自主研发产学研合作成立海外研发机构并购扩张产业基金合作等方式多措并举打造国产化功率半导体封装核心设备主要产品包括 IGBT 固晶机甲酸焊接炉纳米银烧结设备等

劲拓股份

电子热工设备领先半导体设备取得突破

公司在电子热工领域处于领先地位被行业协会授予SMT 领域龙头企业回流焊设备获国家工信部制造业单项冠军产品认证公司自主研发的检测设备和自动化设备实现对电子热工设备的辅助和功能扩展丰富了公司产品的应用场景与电子热工设备配合为客户提供覆盖电子产品 PCB 生产过程中插件焊接和检测的整套系统解决方案

耐科装备

国内塑封设备知名企业

公司是国内半导体封装及塑料挤出成型智能制造装备领域知名企业在半导体封装装备领域作为国内为数不多的半导体封装设备及模具国产品牌供应商之一公司已成为通富微电华天科技长电科技等头部半导体封装企业的供应商通过差异化的自主创新和研发经过多年的发展掌握了成熟的核心关键技术和工艺公司半导体封装设备与国际一流品牌如日本 TOWAYAMADA 等同类产品的差距正逐渐缩小公司目标是实现我国在半导体塑料封装装备领域的自主可控在全球市场与国际一流品牌进行同台竞技在挤出成型装备领域产品远销全球 40多个国家和地区服务于德国 Profine GmbH美国 Eastern WholesaleFence LLC比利时 Deceuninck NV 等众多全球著名品牌出口规模连续多年位居我国同类产品首位




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    2023-07-18 18:41
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