电子行业2024年中期策略研讨会：大算力时代必经之路，先进封装正崛起

大算力时代必经之路，先进封装正崛起 1请参阅附注免责声明 2请参阅附注免责声明 3请参阅附注免责声明 4请参阅附注免责声明 先进封装助力“超越摩尔”，实现高集成、小面积、低功耗。1965年5月，仙童半导体和英特尔的联合创始人之一戈登·摩尔发表论文预测：芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番，性能也将提升一倍，或成本下降一半。如今，集成电路的发展受“存储墙”“面积墙”“功耗墙”和“功能墙”的制约。图：图1：摩尔定律自2005年后逐渐减缓图：台积电12英寸晶圆价格随制程呈指数增长资料来源：公司公告，ASML，国泰君安证券研究1.1 5请参阅附注免责声明 针对“存储墙”，即处理器的峰值算力每两年增长3.1倍，而DRAM的带宽每两年增长1.4倍，使存储器发展速度远落后于处理器。通过TSV、微凸块等先进封装技术制备HBM（高带宽存储器），能够大幅提升内存带宽，并将其与GPU通过interposer相连，可以实现存储器与处理器之间数据的超近距离传输。1.1图：集成电路“存储墙”挑战资料来源：OPC project 6请参阅附注免责声明针对“面积墙”，即芯片尺寸受限于光刻机的光罩极限，突破光罩面积将付出极高成本。当前最先进的极紫外光刻机的最大光罩面积为858 mm2（26 mm×33 mm）,突破光罩面积将付出极高成本。此外，随着芯片面积增加，良率随着面积增大而下降。如，工艺成熟后，芯片面积从213mm2增加至777mm2，良率从59%下降到26%，使得成本大幅提升。而通过先进封装技术集成多颗芯片如“chiplet”异构集成技术，将大芯片拆分成多颗芯粒，以搭积木的形式将不同功能、不同合适工艺节点制造的芯粒封装在一起，是突破“面积墙”的一种低成本主流方案。1.1资料来源： 《先进封装技术的发展与机遇》图：集成电路“面积墙”挑战图：芯片良率随着芯片面积增加而迅速下降资料来源： Electronics, v38, n8, 1965图：典型Chiplet架构 7请参阅附注免责声明 针对“功耗墙”，即近年来单个GPU和CPU的热设计功耗（TDP）逐年增大，2024年单个GPU的TDP将突破千瓦级，而大算力趋势下芯片系统的TDP可能突破万瓦级。而大算力趋势下芯片系统的TDP可能突破万瓦级。例如，GPT最新参数量高达1.8万亿，消耗电力可能提升至32.4 TWh（假设训练一次消耗电力15兆瓦，跑3个月）。使用3D堆叠、超短距离传输叠加液冷等先进冷却技术能够有效降低功耗。1.1图：集成电路“功耗墙”挑战资料来源：《先进封装技术的发展与机遇》, OpenAI，The Economics图：训练AI用算力需求呈指数级提升 8请参阅附注免责声明 针对“功能墙”，即单一衬底可实现的功能有限，亦可通过多芯片异构集成技术，实现传感、存储、计算、通信等不同功能元器件集合，达到电、磁、光、热等多物理场的有效融合。1.1图：集成电路“功能墙”挑战资料来源：《先进封装技术的发展与机遇》 9请参阅附注免责声明 先进封装占据封装半壁江山，AI算力拉动2.5D/3D迅速发展。2022年先进封装市场规模为443亿美元，预计到2028年将提升至786亿美元，市场占比将提升至58%，CAGR为10.6%。从先进封装细分市场看，当前倒装封装FC（Flip Chip）由于成熟、完善的工艺平台及具备竞争力的成本优势，占比达到51%。202858%2.5D/3D1.2图：集成电路“功能墙”挑战资料来源：Yole 10请参阅附注免责声明 在人工智能、5G通信和高性能计算等产业的推动下，2.5D/3D封装成为行业黑马，2022年市场规模为92亿美元，预计到2028年，将一跃成为第二大先进封装形式，市场规模将提升至258亿美元，CAGR高达18.7%。202858%2.5D/3D1.2图： 2028年2.5D/3D需求跃升至258亿美元资料来源：Yole 11请参阅附注免责声明 “弯道超车”+“广阔市场”双轮驱动，国内先进封装渗透率持续上升。2022年国内总封装市场规模近3000亿元，先进封装占比达38%，2026年中国封装市场规模将达3248亿元。先进封装市场占比有望进一步提升至39%，达1300亿元。202858%2.5D/3D1.2图：2022年中国封测市场近3000亿元资料来源：JW insights，中国半导体行业协会，国泰君安证券研究-10%-5%0%5%10%15%20%25%05001000150020002500300035002017 2018 2019 2020 2021 2022 2023E2024E2025E2026E中国封测市场规模（亿元）YOY0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%201420152016201720182019202020212022 2023E传统封装先进封装图：2028年2.5D/3D需求跃升至258亿美元 12请参阅附注免责声明 IDM、Fab厂纷纷入局，先进封装迎来扩产浪潮。目前以日月光、安靠、长电科技、通富微电等为代表的OSAT厂商，2022年占据先进封装市场份额65.1%。OSAT厂商主要聚焦于先进封装中后端，以封装基板为核心，倒装封装FCBGA、FCCSP占据先进封装主流。202858%2.5D/3D1.2图： 2022年先进封装市场OSAT、Foundray、IDM三分天下资料来源： Yole，国泰君安证券研究图：日月光、安靠、台积电占据约50%市场 13请参阅附注免责声明202858%2.5D/3D1.2 2024年，台积电将预计投资的280-320亿美元中的10%投向先进封装。现有CoWoS月产能约1.5万片，预计到2024年底，台积电CoWoS封装月产能有望达到3.6-4万片。 2024年，日月光资本支出较2023年预计增加40%-50%，超22亿美元，其中有65%将用于封装业务，尤其是先进封装业务。 长电科技2023年预计资本开支65亿元，产能扩充面向高性能、先进封装领域及加速XDFOI 技术量产，其中先进封装占比超过 80%。 通富微电海外扩张进展顺利，2023年6月通富超威槟城新厂房建设启动，总投资额接近20亿令吉（约合4.3亿美元），未来也将持续扩产。 14请参阅附注免责声明 15请参阅附注免责声明封测回暖信号明显，Q2有望迎来量价齐升。封测属于半导体产业链相对靠后环节，且封测作为重资产行业，制造成本占比50~60%，毛利水平对稼动率反应敏感。下游需求迎来好转，IC设计厂向封测厂商加单，封测端仅次于存储板块率先回暖。从行业周期看，封测厂营收变动与全球半导体销售额变动基本一致。从月度数据跟踪看，全球半导体销售额从2023年Q2开始触底反弹，至今上升态势良好。从国内封测板块看，板块营收同比增速于2023Q4转负回正，实现7.75%同比正增长。环比从2023Q2起持续正增长，在2024Q1传统淡季，部分头部公司保持环比持平，释放积极信号。随着芯片设计厂商进入主动去库存阶段，封测存货周转率也回复到较高水位。图：封测板块营收同比增速23Q4回正图：封测板块存货周转率提升显著资料来源：wind，国泰君安证券研究2 16请参阅附注免责声明封测回暖