台積電啟動開發 SoW

PC Gamer 報導，台積電宣布啟動下代系統級晶圓（System-on-Wafer，SoW）封裝開發，命名為「SoW-X」。將使市場中央處理器（CPU）和圖形處理器（GPU）晶片面積顯得微不足道，為追求極致運算能力的資料中心和人工智慧（AI）領域帶來顛覆性的變革。

智慧手機、穿戴式裝置、行動遊戲機，到桌上型電腦、伺服器，以及大型資料中心設備都能看到處理器的身影的情況下，使得晶片的尺寸各異。而當前高階個人電腦中的處理器，無論是 AMD 的 Ryzen 9 9950X3D 或英特爾 Core Ultra 9 285K 處理器，都採多個小型晶片（chiplets），就是將多個晶片整合封裝成一個大型處理器的技術。而台積電的 SoW-X 技術，正是這種晶片整合概念的更進階實現。

與現有技術相比，SoW-X 展現出驚人的規模和整合度。傳統的晶片封裝技術士通常在約 7,000mm² 的基板上安裝三到四個小型晶粒。然而，SoW-X 晶片封裝技術的覆蓋面積將提升 10~15 倍，甚至需要使用整片 12 吋晶圓。最引人注目進步之一，在於同片晶圓整合更多關鍵元件。台積電第一代 SoW 封裝僅將處理晶粒安裝到晶圓，新版 SoW-X 能直接含高頻寬記憶體（HBM）晶片。這項突破性的整合技術代表著無需再仰賴昂貴，且複雜的外部互連（interconnects）來連接記憶體和處理器，極大的簡化了系統設計並提升了效率。

為了具體展現 SoW-X 的龐大規模，即使是目前 AMD 用於 AI 應用的大型 MI300X 處理器，在 SoW-X 面前也顯得異常微小。事實上，AMD 的 MI300X 本身已是一個工程奇蹟，因為其中包含 20 個晶片和晶粒，其中包括四個大型 I/O 基礎晶粒、八個 CNDA 3 GPU 和八個 HBM 模組，而台積電的 SoW-X 有可能將其規模再乘以十倍。

這種龐大的 SoW-X 產品並非能輕易安裝到現有的介面插槽中。由於所有晶粒都安裝在同一片晶圓上，該晶圓必須額外疊加多層結構，以有效散熱、提供電力，並在系統內部傳輸數據。因此，雖然晶圓本身是纖薄、精密的物件，但一旦經過 SoW-X 封裝，它們就會變成龐大、沉重且巨大的設備。因此，SoW-X 的主要應用場景將鎖定在超大型 AI 資料中心中，在這些對運算密度有著極高要求的環境中，如何在最小的空間內塞入最多的處理能力，是最大化資料中心設備內部可用空間關鍵。如此，SoW-X 不僅是為了製造更大、更好的處理器，它更是將摩爾定律 （Moore’s Law） 的極限推向新的高峰。

除了追求絕對的運算性能，SoW-X 在能源效率方面也帶來顯著的改善。藉由盡可能將多的元件放置在同一個基板上，可以大幅降低功耗。儘管台積電指出 SoW-X 的總功耗將高達 17,000 瓦，但其相對效能功耗比（performance-per-watt） 卻比傳統透過 PCIe 介面連接所有組件的資料中心叢集高出 65%，這代表著在提供相同，甚至更高運算能力的同時，SoW-X 能夠更有效地利用能源。

對廣大遊戲玩家和普通家庭用戶而言，SoW-X 目前可能看似遙遠。然而，台積電透過 SoW-X 系統開發和出貨所積累的知識與經驗，將會逐漸下放到其日常的封裝產品中。這代表著未來的手機、桌面 CPU 和顯示卡都將受惠於此，無論它們目前是否已採用晶粒，或晶片堆疊技術，還是在節點製程達到單一晶粒電晶體數量的實際限制時。

台積電預估 SoW-X 2027 年才會問世。屆時非常高昂的製造成本，只有少數特定的客戶負擔得起。這項技術的問世，也引發了業界對未來晶片發展方向的思考，那就是 SoW-X 之後，晶圓是否需要變得更大？或者我們將看到系統級晶圓疊晶圓（system-on-wafer-on-wafer）的發展，以繼續推動對更強大處理能力的追求。

儘管電晶體尺寸可能無法再大幅縮小，但可以肯定的是，未來的處理器將會變得巨大得多。台積電持續在晶片技術的突破，最終將會是不需要挑選合作夥伴，只需耐心等待，因為最終所有客戶都會找上門來。這也將使得在台積電預計 2025 年獲利將突破 500 億美元的背景下，SoW-X 無疑再次鞏固全球半導體製造領導地位。

(首圖來源：shutterstock)

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