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透過3D封裝化整為零讓台積電代工華為AI晶片?

透過3D封裝化整為零讓台積電代工華為AI晶片?
  • Published2024-10-30

在全球AI運算晶片競爭白熱化的當下,輝達、AMD等大廠紛紛推出新一代AI加速器,搶占急速成長的生成式AI市場。然而,在美國持續加強對中國AI技術圍堵的背景下,包括限制高效能AI晶片出口、禁止相關製程技術轉移等措施接連推出,讓急於發展AI的中國只能找尋更多突破之道。

就在此關鍵時刻,華為卻意外被發現在其最新的AI加速器晶片採用台積電製程製造,引發軒然大波。這起事件不僅揭露了全球半導體供應鏈中難以察覺的漏洞,更反映出在科技戰持續升溫下,產業鏈各方所面臨的嚴峻挑戰。

那麼華為是如何隱密的達成這件事?筆者認為,可能與華為近年來發展的先進3D封裝技術息息相關。

事件爆發

10月底,加拿大科技研究機構TechInsights在拆解華為AI伺服器晶片「昇騰(Ascend)910B」後,發現其中使用了台積電7奈米製程製造的晶片。這個發現立即引起軒然大波,因為自2020年9月中旬起,台積電就已被美國政府禁止向華為供應晶片。這款晶片不僅是華為在AI領域的關鍵產品,更被視為對標輝達A100的重要競爭對手。

台積電在獲知這項發現後,立即向美國商務部通報,表示該公司確實接獲一家客戶訂購類似昇騰910B所需的產品。這個主動通報的舉動,顯示了台積電在遵守美國出口管制規定上的謹慎態度。然而,事件已引發美國國會的高度關注,眾議院「中國共產黨委員會」指出這是「美國出口管制政策的災難性失敗」,要求商務部立即展開調查。

美國商務部隨即派員與台積電高層會面,討論供應鏈安全及第三方經銷商可能協助中國取得管制技術的風險。這也揭示了在複雜的全球供應鏈中,即使是最嚴格的管制措施,仍可能存在漏洞。

華為的晶片困境與突圍之路

2020年華為遭到美國制裁後,不僅失去了台積電等重要代工夥伴的支援,更面臨全球主要半導體設備與技術供應商的斷供威脅。面對這樣的困境,華為展開了一連串突圍計畫。根據產業消息,在中國政府的支持下,華為獲得超過300億美元的資金挹注,用於建立自主半導體產業鏈。

華為的布局包括在武漢投資建設晶圓廠,預計分階段投產,初期主攻光通訊晶片和模組。同時,華為在上海青浦區設立半導體設備研發中心,投資達120億人民幣,試圖突破關鍵製程設備的限制。更重要的是,華為開始大規模延攬國際半導體人才,提供優渥條件吸引具有先進封裝經驗的日月光工程師加入。

在這個過程中,華為特別著重3D封裝技術的發展。華為輪值董事長郭平曾公開點出,公司未來在半導體領域將著重三大方向:軟體最佳化、新材料研發,以及3D封裝技術的突破。這個技術選擇絕非偶然,而是華為深思熟慮後的戰略布局。

可能是華為用以規避制裁的精密計畫

通過深入分析本次事件,華為採用的規避方案最可能的作法,就是利用3D封裝來將晶片生產訂單透過多個人頭企業化整為零。3D封裝技術允許將不同功能的晶粒(chiplet)堆疊或並列整合在同一封裝內,這使得華為可以將一個完整AI晶片的功能,巧妙分解為多個獨立的功能晶粒。

具體而言,一個AI加速器晶片通常包含運算核心、記憶體控制器、I/O介面等多個功能模組。華為可能將這些功能分別設計成獨立晶粒,再通過不同的人頭公司向台積電下單。每個訂單看似都是獨立的功能元件,難以判斷其最終用途。

這些訂單的流向極其複雜:首先由台灣的IC設計公司向台積電下單,這些公司往往是台積電的老客戶,具有良好信譽。製造完成後,在台灣完成初步切割,然後轉售給中國大陸的貿易公司或科技公司,經過多次轉手後,這些晶粒最終流入華為的封裝廠。

華為在取得這些分散的晶粒後,便能利用其先進的3D封裝技術,將這些看似獨立的元件,透過矽中介層(silicon interposer)或微凸塊(micro bump)等技術,整合成一個完整的AI加速器。這種做法不僅降低被發現的風險,也大幅增加追查的難度。若非這次被TechInsights拆解發現,這個精密的運作模式可能會持續運作。

更值得注意的是,華為近年在武漢建立的封裝廠,極可能就是為了實現這個計畫而生,而晶圓廠可能只是障眼法,畢竟中國無法取得EUV機台,DUV多重曝光亦有其極限,難以突破5nm製程天險。該廠的設立不僅能提供必要的封裝產能,更重要的是可以在內部完成這些敏感的整合工作,避免外洩風險。

台積電的兩難處境

對台積電而言,這次事件凸顯了全球半導體供應鏈治理的巨大挑戰。由於3D封裝技術的特性,單一功能晶粒本身並不具備最終產品的完整功能,這使得台積電在接單時難以判斷這些晶片的最終整合用途。即使台積電的管理制度在業界以嚴謹著稱,面對如此精密的規避手法仍難以完全防範。

產業專家指出,7奈米製程晶片的單次訂單金額動輒數十億台幣,全台能夠下達如此大額訂單的客戶屈指可數。這些客戶往往與台積電有長期合作關係,建立了深厚的互信。然而,這種既有的信任關係反而可能被利用,成為規避管制的破口。

台積電面臨的困境還在於,作為全球最大的晶圓代工廠,既要遵守美國的出口管制規定,又要維持正常的商業運營。若對每個訂單都採取過度嚴格的審查,不僅會影響經營效率,也可能損害與長期客戶的關係。但若管制不夠嚴格,又可能面臨美國政府的制裁風險。

此次台積電被牽連應該不至於是內控失靈或其他內部問題,而單純是沒有設想到華為可以利用化整為零的下單方式來建構晶片,有了這次經驗,應該不至於再犯同樣失誤。

後續影響與啟示

這起事件的爆發,預料將在全球半導體產業引發連鎖反應。美國極可能進一步加強對晶片供應鏈的管制,特別是對3D封裝技術相關設備和技術的出口限制。國會已要求商務部重新評估現有管制措施的有效性,並考慮擴大管制範圍。

對台積電而言,必須重新檢視並強化客戶關係管理機制。這包括建立更完善的客戶背景審查系統,加強對客戶下游交易對象的追蹤,以及建立可疑交易預警機制。然而,這些措施都將增加營運成本,也可能影響業務發展。

更深層的影響是,3D封裝技術已成為科技戰的新焦點。這項原本用於提升晶片性能的創新技術,可能正逐漸演變為規避貿易管制的工具,甚至在中國營業的台灣封裝業者可能也在不知不覺間成為協助中國突破制裁的工具。

只要有限制就會有漏洞,華為此次突破限制,間接取得台積電製造能力支援,等於是對美國對中國半導體監管能力的直接打臉,也為科技產業供應鏈的去風險化敲響警鐘。

  • 首圖來源:Depositphotos
Written By
林 宗輝

媒體累積經驗超過15年。曾在Digitimes任職,擁有5年科技產業記者與技術編輯經驗、超過6年半導體產業分析工作經歷;曾在證券市場從事投資分析工作;曾麻省理工學院科技評論(深科技)擔任研究經理;曾為財訊雙週刊撰寫產業與財經分析文章,現為波士頓Arthur W. Wood Company Inc公司半導體分析師。專長於半導體產品技術分析,市場規模估計、產銷追蹤預測、物料成本估計、技術優勢分析與競爭優勢及戰略分析等,對半導體產品技術與行銷手法有深入的研究。

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