半導體的增值新方向—異質整合路線圖(二)

IEEE和SEMI共同支持的HIR(Heterogeneous Integration Roadmap；異質整合路線圖) 的第1個範疇HI for Market Applications中包括6項：Mobile、IoT、 Medical and Health & Wearables、Automotive、High Performance Computing and Data Center以及Aerospace and Defense。這個範疇的綱目本身就引人注目，過去從來沒有在技術路線圖中去涉及應用的。

半導體的應用總是半導體技術及其所製作的器件走到那，系統的廠商就用到那。這次讓應用來誘發半導體的價值成長，極具創新思維。但這範疇列在HIR中，卻也算不得新發明，因為事實已先發生了。拿High Performance Computing and Data Center為例，在這個項目中，雲端和雲端基礎設施的大公司早就紛紛設立自屬的設計公司，像Google、Apple、中興通訊、華為等都有自己專屬的設計公司，而且成長迅速，現在還有其他公司會陸續加入。有半導體公司說要「以芯養雲」，我的看法是方向反了，應該是「以雲養芯」，有許多成功的實例為證。由應用端向半導體方向注入新價值並且垂直整合價值鏈這個趨勢，設計公司要注意了。

第2個範疇是Heterogeneous Integration Components，這範疇包括6個子項目Single-Chip and Multi-Chip Packaging (including Substrates)、Integrated Photonics、Integrated Power Electronics、MEMS & Sensor Integration、RF and Analog Mixed-Signal Design與Co-Design and Simulation – Tools & Practice。

除了第1和第6個項目是HIR整合方向內容的核心，比較偏向技術項目外，第2項的矽光子是最常被稱述的。將原來獨立的光子器件，整合到矽晶片之中。對於高效能計算和通訊，它同時帶來速度、能耗、體積等各方面的優勢，使得設備和設備之間—譬如個人電腦和資料中心—不必再另設光/電、電/光的轉換。光的傳輸是電的100倍，而且光傳輸近乎無能耗，這些都將貢獻到前述的經濟價值創新倍數之中。

第3項的功率晶體整合更早是勢在必行，功率晶體的銷售很早就是以模組的方式銷售，這樣才能與應用端更緊密結合，現在更進一步要整合入單一封裝之內。這些原來單價不高的離散器件變成價格不斐的功能模組自然是增加半導體的價值。這個模式很早就存在，例如在手機發展的早期，其中的記憶體叫Combo，基本上就是將pseudo SRAM(DRAM裝成SRAM介面)與NOR Flash封裝在一塊，其價格遠勝於二者之和。

第4項將感測器和致動器放在一塊，說不定邊緣計算的MCU也會進來，這是AIoT的應用；第5項將射頻、類比與混合訊號整合，當然是通訊的應用。這二者的增加價值方式也雷同，也充滿挑戰－每一功率晶體的散熱都是問題，何況放在一塊？

第3個範疇Cross Cutting Topics有點像是大雜燴，包括Materials & Emerging Research Materials、Emerging Research Devices、Interconnect、Test、Supply Chain與Security (Cyber)。除了新材料和新器件外，也有ITRS中舊有的項目如Interconnect、Test等，這些因為異質整合的需求而產生新的意義，你怎麼測試於同一封裝內這麼多效能各異的各個晶片及其整合功能？

第4個範疇Integration Processes才是核心技術，包括SiP、3D+2.5D、WLP (fan in and fan out)，名字都耳熟能詳，而且已開始進入產業界。特別值得一提的是第3項中的Fan Out Wafer Level Packaging(FOWLP)，這個技術依賴於晶片製程中的線路重配置層(redistribution layer)的先行設計，讓晶片設計、製造與封裝測試有直接的連結。如果FOWLP成為器件主要的價值增加方法之一，你猜晶圓廠還是封裝廠會將此核心競爭能力囊括入內？許多記憶體廠開始擴充後段能力已是現在進行式。

異質整合由於價值產生的方式與以往大異其趣，而價值鏈區段的整合也會有所改變，像從應用端整合至晶片設計、從晶圓製造端整合進後段封裝等，整個產業分工將有大幅改變。

再舉一個例子，3D monolithic stacking這個新興的技術最常提的例子是將CPU與記憶體整合在一起，以後專精於邏輯製造或記憶體製造的公司能夠取得上位嗎？或者二者兼具的公司才更如行走灶腳？如果是後者，邏輯代工與記憶體還要如此涇渭分明嗎？

台灣以前的競爭優勢在於在產業中截取特殊的一段，取得規模優勢後又轉換成為技術優勢，因此樂享榮景。但是如果異質整合真將成為新的價值產生模式，價值鏈的樣態和組合排列勢將大幅改變，產業和廠商要早為之計！