先進封裝、測試需求正旺,ASIC晶片動起來,探針卡技術門檻提高

相較於輝達動輒數萬美元的AI GPU,亞馬遜(Amazon)旗下的雲端運算平台AWS近年來透過自家定製的晶片策略,力圖擺脫對輝達晶片的依賴。AWS開發的ASIC晶片在推論應用上顯示出顯著的經濟效益,運算成本可降低3~5成,為雲端服務商追求差異化和降成本的重要工具。
而AI ASIC正迎來成長的新黃金期,預計市場規模將在6年內從120億美元增長至2030年的500億美元,隨著ASIC在AI伺服器滲透率的提高,封裝測試產業的技術要求和附加價值也同步增強,台積電(2330)負責先進封裝,日月光投控(3711)、京元電(2449)、精測(6510)、旺矽(6223)、穎崴(6515)等專注於測試與後段封裝、測試Socket等,形成完整生態系。
觀察ASIC晶片的演變過程,使用的半導體製程技術正在迅速從7奈米躍升至5奈米和4奈米,而3奈米製程則將在今明兩年成為ASIC晶片的主流選擇。除了AWS的Trainium 3,Google的TPUv7、微軟的Maia、臉書的MTIA v3也將相繼推出3奈米製程的產品,製程技術的微縮以及先進封裝技術的結合,已成為提升ASIC效能的關鍵,目前AWS的自研晶片產品線涵蓋了Graviton的CPU、AI推論的Inferentia和為AI訓練而設計的Trainium系列,已量產的Trainium 2獲得AI新創Anthropic及蘋果採用,預計年底量產的Trainium 3運算效能將比Trainium 2再提升1倍、功耗降低一半。
據調查,台積電憑藉其先進製程與封裝的一條龍優勢,幾乎壟斷了主要ASIC訂單。觀察英特爾的Gaudi 3 AI加速器、AWS的ASIC,以及世芯KY(3661)預留的CoWoS產能配置,這些都一再反映出ASIC對先進封裝的供不應求,其中今年CoWoS產能超過一半由輝達將取得,AWS和世芯的CoWoS預訂量從25年的5千片大幅上升至26年的50萬片,主要得益於Trainium 3的強勁需求。而法人預估,ASIC晶片出貨量預計在25至27年將維持高成長態勢,月產能需求從7.5萬片激增至10萬片。
台積電預計到2025年CoWoS產能將較2024年倍增,主要先進封裝產能分布在台灣竹科、中科、龍潭、竹南和南科。近期位於中科的AP5廠傳出整併消息引發市場擔憂,供應鏈人士分析,是因為標準型的CoWoS-S轉換到CoWoS-L不順所致,也使產能利用率在此階段下滑至60%,但長期而言,台積電在先進封裝的市場競爭力與成長潛力仍將不受影響。
而日月光在先進封裝產能滿載下,為了佈局新產能,決議斥資65億元,向穩懋(3015)購買高雄南科廠房及附屬設施,有望藉此擴產紓解產能瓶頸。再往前看先進封裝的布建,24年8月,日月光向宏璟建設購入位於高雄楠梓K18廠,布局晶圓凸塊封裝和覆晶封裝製程;同年10月K28新廠動土、預計26年完工,也已斥資2億美元布局首條600×600扇出型面板封裝(FoPLP)產線、預計今年底前進入試產。
因應強勁的需求,日月光今年在先進封裝平台VIPack推出基於矽穿孔(TSV)的扇出型基板上晶片橋接技術(FOCoS-Bridge),可以實現SoC、Chiplets與HBM 3的整合,也跨入FT、SLT、Burn-in等測試領域,看好今年測試業務的成長率將是封裝的兩倍。
半導體晶片在測試階段上分為CP、FT與SLT。CP(前段晶圓測試)主要是在wafer階段就先根據晶粒,區分出good die與待測晶粒;晶片在封裝完成以後要出貨到系統廠進行組裝之前,都需要經過終端測試(FT)及系統級測試(SLT)。其中,精測與旺矽專長在於CP測試,而雍智(6683)與穎崴主打較後段的FT測試,至於京元電子則包含FT、Burn-in test(老化測試)與SLT。這些廠商陸續公布的前7月營收營運表現也都相當亮眼,受惠AI相關需求續強,下半年營收有望優於上半年,同步挑戰新高。
台積電曾預測,高階探針卡的平均針數在21年約8萬針,這個數字到25年上升至12萬針,同時晶圓凸塊(Bump)間距也在不斷縮小,導致整體測試難度加大。這樣的趨勢可以從全球前2大測試設備大廠愛德萬測試(Advantest)與泰瑞達的布局看見一些端倪,泰瑞達先入股義大利的特諾本(Technoprobe),愛德萬測試今年宣布與褔達電子和特諾本組成戰略夥伴關係,彼此進行技術的垂直整合,特諾本藉由過去扶植中華精測的經驗,也開始在年初入股興櫃的探針卡設備商─創新服務(7828)。
京元電近年透過自製測試設備取得AI客戶的信任,在今年6月宣布結束封裝事業之後,將資源轉向更具潛力的AI測試業務,最近董事會通過二度上調資本支出,從去年底預估的219億元上調至370億元。台積電如今已將CoWoS先進封裝當中的WoS產能委外,交由日月光和京元電,京元電藉此拿下許多CP及後段的FT訂單,由於具有高功率燒機設備和系統測試能力,能滿足AI晶片和車用晶片對高溫老化測試的需求,京元電也深受輝達青睞。
本次大幅調升資本支出有逾5成將用於ASIC相關測試設備採購,主要也由於多個ASIC案件陸續進入量產階段。法人觀察到,這些訂單不僅來自晶片成品測試,未來部分ASIC客戶也將開始導入burn-in測試,除此之外,在日月光主導的晶圓探測(wafer probing)領域京元電也逐步增加市占率,根據5月的股東營業報告書,目前先進製程占比已達營收的33%,有望持續保有後段測試的重要地位。
傳統的CPC探針卡在進入高階應用後已漸漸不敷使用,可以支援更高的I/O密度、訊號速度的VPC、MEMS崛起,更適用於AI加速器、GPU、高階SoC等晶片上。其中VPC探針卡是目前多數ASIC晶片的主流選擇,旺矽憑藉過去在VPC累積的技術優勢,MEMS探針已通過NVIDIA Rubin認證,更取得AWS的Trainium 3雙測試平台(Advantest V93K、Teradyne UltraFLEX)的驗證。隨著AI晶片製程微縮至3奈米以下,MEMS探針卡需求預料將更為強勁,而旺矽ASIC目前營收占比約2成,未來可望逐步攀升,並帶動毛利率成長,可關注三大成長動能Rubin GPU、Trainium 3、谷歌的TPU v8,其中法人預估在Trainium 3專案可望取得逾7成市占,旺矽也同步擴充MEMS、VPC產能,年底前月產能上看100萬、120萬支。