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[財訊/玉山2024產業論壇]半導體摩爾定律進展放緩 先進封裝技術成產業新解答

2024/01/10

2023年ChatGPT橫空出世,AI題材成為市場上最熱門題材,連AI供應鏈相關的定存股、ETF都成為市場飆股。而展望2024年,AI供應鏈看起來仍就是最重要的產業趨勢,而由於AI晶片在製造技術上大力仰賴先進封裝,使得「Chiplet」小晶片技術也備受關注,玉山數位投顧接著就將更新半導體「先進封裝」產業最新近況。


摩爾定律進展放緩 「Chiplet」小晶片技術優勢多受關注


半導體領域從1960年代生產出第一批IC商用晶片至今已經逾50年,而在2015年以前,半導體產業基本上跟著摩爾定律的發展軌跡,每隔18個月至24個月就可以讓IC晶片上容納的電晶體數量增加一倍。不過近年隨著製程微縮難度提升,電晶體數量增加速度已慢慢跟不上摩爾定律的預期。

為了讓晶片效能繼續提高,半導體廠商積極嘗試各種解決方法,起初是增加裸晶(Die)的尺寸(裸晶類似於一塊晶片,增加裸晶大小則上面的電晶體數量可以放更多),但卻遇到散熱與生產良率不佳的問題,後來則進一步從晶片設計、封裝方式著手解決困難。

在較早期的發展方向中,系統單晶片(SoC, System-on-a-chip)最為常見,其概念是在把處理器(CPU)、記憶體、週邊電路等封裝到單一IC晶片。近年廠商則是大力往異質封裝(SiP)、先進封裝(2.5D、3D封裝)等技術拓展,概念是把各種不同功能的晶片直接封裝到同一個模組。這2技術的最大差別:SOC是「單一IC晶片」,異質與先進封裝是「整合多晶片的封裝方式」。

目前,在封裝技術的衍伸應用中「Chiplet技術」頗受關注,其概念如同上面的異質封裝、先進封裝,主要是把小晶片(Die)分開以最適合的製程技術生產,最後再把這些小晶片封裝整合在單一基板上(模組化),進而達到增加良率、縮短製造時間、降低成本等多重優勢,這些好處也推升先進封裝近年更受歡迎。

而從Intel對晶片架構設計來看,Intel認為SOC的開發時間要3-4年,整塊IC晶片的Bug數量可能高達數百個,且IC晶片並沒有辦法重複使用;SiP開發時間縮短到2-3年,Bug數量數十個,部分可重複使用;Chiplet則是只要歷時1-2年的開發時間,Bug數量可能小於10個,且許多部件可以重複使用,這些都側面應證為何Chiplet技術越來越被關注。

Intel認為小晶片技術架構有利於降低開發時間及缺陷


半導體爭霸從中游轉戰下游 AI晶片大量採用先進封裝成產業亮點


在上一個章節中,雖然確立異質封裝、先進封裝的發展趨勢,但相信讀者在看到一堆專有名詞後,仍會封裝產業充滿疑惑,筆者也整理封裝技術的演進歷程圖。基本上,封裝技術應該是以密度作為區分,High Denstiy、2.5D、3D封裝都算是先進封裝的範疇。除此之外,成本較低的封裝方式效能、功耗會比較低,成本高的方式則多半享有更高的效能、更低的功耗,而各式的電子產品考量成本效益、應用範圍後,會選擇最適當的封裝方式,技術彼此間並非取代關係。

先進封裝技術演進圖

以目前市場討論度最高的2.5D、3D封裝來講,可以看到其特性為效能高、低功耗,多數使用在AI、HPC(高速運算)、伺服器領域,而目前各雲端廠商推出的主力AI晶片,也幾乎都清一色採用2.5D封裝技術,就連2023年最缺的Nvidia H100晶片,其實就是以台積電(2330)CoWoS製程製造。

在需求趨勢明確下,2023年已經看到台積電(2330)將CoWoS產能從每月1萬片拉高到1.3萬片,2024年底還要再增加到3.2萬片,年增幅高達146%。而考量到先進封裝為實現Chiplet技術的重要基礎,研調機構Yole Research也預估先進封裝產業2022-2028年產值將從443億美元成長至786億美元,產業年複合增長率(CAGR)將達到10%,2.5D/3D封裝市場CAGR更是高達18.7%,整個先進封裝產業的成長性十分值得關注。

各家雲端大廠的新晶片大量採用先進封裝製程


先進封裝產業相關個股與近況分析:


在產業趨勢確立之下,台灣廠商又會如何受惠商機呢?其實相關概念股如:(1)在先進封裝布局已久,且身為Nvidia重要供應鏈的台積電(2330);(2)持續在先進封裝前段製程著墨,並往3D IC布局的的聯電(2303);(3)在Nvidia測試佔有70%市佔率的京元電(2449);(4)受惠於CoWoS後段製程外溢,且在先進封裝同樣積極布局的日月光(3711);(5)近年往邏輯IC、先進封裝積極布局的力成(6643),都是台股中可能的受惠者,以下也針對這些股票做進一步的介紹。

先進封裝相關概念股

股票1:台積電(2330)

公司產品及趨勢:

台積電是AI晶片熱潮最主要受惠者,不管在先進製程、先進封裝都占有舉足輕重的產業地位,產品包括今年最夯的Nvidia H100到AMD MI300。由於短期內各家IC設計廠很難擺脫對台積電的依賴,玉山投顧預計未來5年台積電AI產品佔營收比重將從目前6%提高到11-13%。

近況解析:

2023年受到消費性電子持續去化庫存影響,業績表現比較疲弱,但下半年隨著蘋果手機、非蘋手機、AI晶片拉貨動能增加,3奈米需求強勁,4、5奈米也加溫。玉山投顧看好PC/NB、手機產業有望在2024年回溫,且高通、聯發科(2454)、Intel在2024下半年導入3奈米製程下,台積電客戶投片量將逐步提高,2023年預估EPS 31.52元,2024年預估EPS 36.16元。

台積電2330營收財報

股票2:聯電(2303):

公司產品及趨勢:

聯電是國內晶圓代工2哥,近年放棄追逐先進製程,專注在利基型、成熟製程改良,公司持續布局2.5D封裝矽中介層,目前月產能約3,000片,2024年第1季有機會拉升至6,000片,公司也與華邦電、智原、日月光、Cadence成立3D IC專案,欲協助客戶加速生產相關產品,預期2024年開始運作。

近況解析:

2023年受到車用、工業控制產業庫存去化影響,使得8吋晶圓需求低迷,又中國廠商同步進行價格競爭,使其獲利受到影響。展望後勢,PC/NB、手機市況回溫,客戶投片動能轉趨增溫,再加上公司22、28奈米產能開出,玉山投顧看好2024年業績可望回溫,唯新廠折舊費用增加將影響獲利,2023年預估EPS 4.8元、2024年預估EPS 4.75元。

聯電2303營收財報

股票3:日月光投控(3711):

公司產品及趨勢:

日月光投控是台灣封測龍頭,近年積極布局先進封裝製程,與聯電合作之矽中介層已有明確進展,2023年先進封裝佔營收約1-3%,2024年先進封裝營收絕對值有望翻倍成長。目前公司也透過VIPack平台推出6大核心封裝技術,FoCOS-Bridge更專攻AI晶片,企圖對標台積電CoWoS製程。

近況解析:

2023年受到消費性電子、車用需求疲弱影響營收表現,所幸第4季iPhone遞延訂單已陸續貢獻營收,公司也看到需求有好轉跡象,玉山投顧認為2024年隨景氣逐季回溫,下半年日月光投控稼動率將回到70%以上,2023年預估EPS落在7.11元,2024年預估EPS則會提高到10.47元。

日月光3711營收財報

股票4:力成(6239):

公司產品及趨勢:

先進封裝市場需求強勁,力成在2.5D、3D封裝布局包括(1)與晶圓廠結盟開發矽中介層(TSV),目前傳已通過客戶認證,2024年有機會在CIS產品量產;(2)導入CMP機台,2024下半年有機會推出HBM堆疊先進封裝技術;(3)與晶圓代工廠合作CoWoS替代方案。

近況解析:

半導體產業庫存去化接近尾聲,但終端需求疲軟、中國經濟復甦動能緩慢,短期營運仍保守,所幸第4季力成將認列中國蘇州廠處份利益,有利2023年EPS拉尾盤。展望後勢,公司預期終端需求將在2024年第2季轉佳,2024下半年記憶體市況也會顯著復甦,將有利公司營運回穩,玉山投顧預估2023年EPS 落在9.1元、2024年預估EPS則落在 8.99元。

力成6239營收財報

股票5:京元電(2449):

公司產品及趨勢:

京元電為Nvidia合作之半導體測試廠商,Nvidia晶片最終測試有70%都是京元電負責,另外2023年最紅的Nvidia H100、A100、L40S也都由京元電負責Final Test、Burn-in test、SLT等,目前Nvidia也著手購置更多機台給京元電使用。另外長線來看,AI晶片結構複雜化,測試時間增加,將有利於京元電獲利成長。

近況解析:

AI晶片測試需求暢旺,但中國客戶展望平淡、車用產品庫存去化,故2023年營收表現較不突出。展望2024年,手機庫存去化告一段落,晶片測試需求有望回溫,AI測試訂單也持續放量,玉山投顧看好2024年AI營收比重將從2023年約5%往5-10%邁進,預估2023年EPS落在4.71元,2024年EPS落在6.34元。

京元電2449營收財報





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