CoWoS 等距结构示意图:GPU 裸片与环绕的 HBM 内存、硅中介层、封装基板与 PCB
星辰萌芽的思绪 第 01 篇 阅读时长 约 12 分钟 适合 半导体投研 / 产业研究 / 工程师

一块 AI 加速卡里,最贵的环节既不是芯片设计,也不是光刻机,而是一道”把芯片装起来”的工序。这篇文章用公开数据,把 CoWoS 这件事讲透。

先看三个数字。

第一个:台积电的 CoWoS 产线,2026 年全年产能已经被订完,客户拿货的交期拉长到 52 到 156 周。

第二个:这家公司为了这件事,把月产能从 2022 年底的约 1.5 万片,扩到 2026 年底预计的 12 到 14 万片——四年扩了近十倍,年复合增速超过 80%。

第三个:还是不够。按机构测算,全行业产能缺口现在大约 20%,2027 年有可能重新扩大到 30% 以上。

缺的不是硅片,不是光刻机,也不是设计能力。缺的是把一颗 GPU 和一堆内存”装到一起”的那条产线。

这就是 CoWoS 的全部故事。它听起来像个技术黑话,但如果你关心 AI 产业链上钱往哪流,它是绕不过去的第一站。

01先把名字拆开:CoWoS 到底是哪三道工序

CoWoS 是四个英文单词的缩写:Chip on Wafer on Substrate。拆开就是它的工艺顺序——

Chip on Wafer(芯片到晶圆):先把 GPU 裸片和 HBM 内存堆栈,一颗一颗贴到一整片晶圆上。

on Substrate(再到基板):把上面那片晶圆切成一个个单元,再整体贴到封装基板(通常是 ABF 载板)上。

但名字里其实漏掉了最关键的第三样东西:硅中介层(Interposer)。

它才是整件事的灵魂。真正的一颗 AI 芯片,从下往上是这样的四层结构:最下面是我们熟悉的 PCB 主板,往上是封装基板,再往上是硅中介层,最上面才是 GPU 裸片和 HBM 堆栈——而 GPU 和 HBM 之间的所有高速信号,全部走中介层内部。

打个不太精确但很好懂的比方:这不是把房子盖得更大,而是把一整座城市塞进同一栋楼。所有居民楼(HBM)和写字楼(GPU)都在楼里,楼内交通全靠电梯和内部高速路,不出门、不上马路。

传统封装方案与 CoWoS 2.5D 方案的结构剖面对比
同一个 GPU、同一批 HBM,唯一区别是”放在哪儿”。左:HBM 独立封装后装在主板上,信号要出门绕一圈;右:HBM 与 GPU 直接坐在同一块硅中介层上。作者自绘。

为什么费这么大劲把内存搬到芯片旁边?因为不这么做,AI 芯片根本跑不起来。

02为什么必须住在一起:这是个物理问题,不是商业选择

很多人以为封装是”最后一道收尾工序”,技术含量低。这个印象在十年前成立,现在完全不成立。

原因藏在 HBM 的接口上。

HBM3E 的单堆栈接口宽度是 1024 位,到了 HBM4 直接翻倍到 2048 位,分 32 个通道。这意味着什么?意味着 GPU 和内存之间要同时跑几千根信号线。

几千根线,要并行、要等长、要控制阻抗、要在 10 Gbps 以上的速率下不串扰——这种东西在 PCB 主板上根本做不出来。就算勉强做出来,走线长度带来的延迟和功耗也已经把收益吃光了。

PCB 做不到,只有一条路:把 GPU 和 HBM 的距离,从主板级别的”二三十毫米”,压缩到中介层内部的”亚毫米级”,用微凸点(间距可以做到 20 到 40 微米)直接对接。这就是 CoWoS 存在的唯一理由。

于是衡量 AI 芯片算力的方式也变了。过去大家看 FLOPS,现在真正卡脖子的是内存带宽:

代际容量内存带宽封装方案
H100(2023)80 GB3.35 TB/sCoWoS-S
B200(2025)192 GB约 8 TB/sCoWoS-L
Rubin(2026)288 GB最高 22 TB/sCoWoS-L

三年时间,带宽提升将近 7 倍。而这 7 倍,全部要靠封装来实现。台积电 2026 年量产的 5.5 倍光罩尺寸 CoWoS,良率已经超过 98%——这是一个相当高的制造成熟度。

一句话总结这一节:AI 算力的竞争,已经从”算得快”变成了”喂得饱”。而决定能不能喂饱的,是封装,不是制程。

03CoWoS 不是一种技术,而是三条路线

这是外行最容易搞混的地方。CoWoS 其实有三个子版本,名字后面分别跟着 S、R、L,差别只在一件事:中介层怎么做。

CoWoS-S:用一整块硅做中介层

最经典的版本。整块中介层都是硅,布线密度最高,性能最好,也最贵。但它有一个硬约束——光刻机的单次曝光面积,也就是”光罩”。

一块硅中介层越大,就需要把多次曝光拼接起来(reticle stitching)。台积电的实际工程上限是 3.3 倍光罩面积,约 2,700 mm²。一旦超过这条线,成本和良率会同时失控:模拟测算显示,这种尺寸下整片硅中介层的良率只有约 60% 到 70%。

H100 用的就是这一代。但今天的 AI 芯片早就超过这个尺寸了。

CoWoS-R:干脆不用硅

把昂贵的硅中介层换成有机的 RDL(重布线层)中介层。成本大幅下降,但布线密度也跟着降。AWS 的 Trainium 2 和 3 用的就是这一路线——原因是它作为自研 ASIC,对互连密度的要求本来就没 GPU 那么极端。

CoWoS-L:目前的最优解,也是最贵的那一个

这是 2026 年的主力路线,B200、B300、Rubin 都在用。

它的思路非常聪明:不再给整块封装铺硅,只在真正需要极高带宽的地方,嵌一小块硅桥。也就是 GPU 与 HBM 之间的那几个”高速路口”,用小块的 LSI(Local Silicon Interconnect)做局部硅互连,其余区域全部用便宜的有机 RDL。

化整为零的好处是双重的。第一,突破了光罩面积限制,能做到 5.5 倍光罩(约 4,720 mm²)甚至更大;第二,小块硅桥的良率能做到约 90%,远高于大块整片硅的 60% 到 70%。

CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L 三条技术路线对比
三条路线的差别只在”中介层怎么造”。CoWoS-L 用小块硅桥换掉了整片硅,面积上限和良率同时改善。数据来源:公开研报与厂商技术披露整理。

这里有个很好的工程案例值得我们记住:CoWoS-L 的单颗成本比 CoWoS-S 高约 47%,但在大尺寸上反而更划算。因为如果硬要在一片 2,700 mm² 的硅片上做出更大的中介层,报废率带来的损失会远远超过材料本身省下的钱。

“贵的东西反而更便宜”——这是制造业里很典型的非线性时刻。

04钱到底花在哪:这门生意的经济学

如果把这一层从”技术话题”切换到”财务话题”,会看到几个相当反直觉的数字。

17–23%
先进封装占
AI 加速器制造成本
60–70%
存储 + 封装合计
占芯片成本
50–70%
硅中介层单项
占封装成本

第一件事:逻辑裸片已经不是成本大头了。在 2026 年的一颗 AI 加速器里,HBM 存储加上先进封装,合计占到了芯片成本的 60% 到 70%。也就是说,你为算力付的钱,大部分付给了”内存”和”组装”。

第二件事:封装单价在快速上台阶。H100 那一代,单颗封装成本约 750 美元;换到 B200 这一代的 CoWoS-L,是 1,000 到 1,100 美元。而这只是包装配环节——它上面还压着 8 颗 HBM,按 HBM4 单颗 600 美元以上计算,仅内存一项就超过 4,800 美元。

第三件事,也是最关键的:这门生意的毛利率,已经不是传统封装的样子了。先进封装约占台积电营收的 10%,但毛利率接近公司整体水平(约 60%)——完全不同于过去那种低毛利、强周期的封装代工。

2026 年 AI 加速器制造成本构成
成本结构示意(取机构区间中值)。存储与封装合计已占芯片成本 60–70%,这是”封装成为瓶颈”的经济学解释。数据来源:Silicon Analysts、JPMorgan、Morgan Stanley、Epoch AI 等公开测算整理。

把这些串起来看,一幅更清楚的图景就出来了:

一台 H200 从台积电出来,晶圆制造加封装,台积电单价收入大约 5,000 到 8,300 美元。按 67.7% 的毛利率算,其中利润约 3,400 到 5,600 美元。而英伟达把这块卡卖到 30,000 到 35,000 美元。

换句话说,台积电不碰设计、不碰软件、不碰客户关系,却拿走了最终售价的 14% 到 24%。有人把它折算成一个更狠的说法:大厂每花在 AI 上的 1 美元里,大约有 8 分钱变成台积电的纯利。

一个容易被误读的点:涨价不等于成本冲击

CoWoS 在 2025 年已经涨了 10% 到 20%,机构预计到 2026 年还有累计约 20% 的涨幅;台积电也计划自 2027 年起整体提价 5% 到 10%。

但因为封装只占芯片成本的 17% 到 23%,即便封测厂报价涨 20%,传导到单颗 AI 芯片上的成本增量也只有约 1% 到 1.5%。

所以这轮涨价的本质不是”成本转移”,而是”稀缺性分成”。英伟达已经对服务器端提价 15% 以上,云厂商甚至直接预订封装产能——链条上没有谁在为这笔钱抗争,因为大家都缺货。

05产能到底缺多少:不要只看产能表,要看分配表

这是我觉得研究这条链时最容易算错的地方。

台积电 CoWoS 月产能 2022 至 2027 年增长趋势
台积电 CoWoS 月产能爬坡曲线。数字很壮观,但真正决定稀缺程度的是需求增速和产能分配,不是这个绝对值。数据来源:TrendForce / DIGITIMES / UBS / 爱建证券等公开研报整理。

先说供给端的事实:产能从 2024 年底约 3.5 万片/月,到 2025 年底约 7.5 万片/月,2026 年底预计 12 到 14 万片/月。台积电管理层在 2026 年 6 月的股东会上明确表示产能”极度紧张”、全年售罄;英伟达在业绩会上也用了同一个说法。

再看需求端:机构测算,全行业 CoWoS 月产能将从 2026 年底约 16 万片,增至 2027 年底约 25 万片,增幅约 56%;但同期产能总需求将从 130.7 万片/年 增至 247.5 万片/年,增幅约 89%。需求跑得比供给快。

而真正让人不安的是分配表。

2026 年台积电 CoWoS 产能分配结构
英伟达一家锁定约 60%,前三家客户合计超过 85%。这意味着竞争者无法靠”把芯片设计得更好”绕开这个瓶颈——瓶颈位于设计的下游。数据来源:Silicon Analysts 产能追踪、TrendForce、CNBC 报道整理。

英伟达一家拿走约 60%,博通约 15%(对应 Google TPU、Meta MTIA 等自研 ASIC),AMD 约 11%。前三家合计锁定 85% 以上。

这份分配表很好地解释了一个现象:为什么某些财力和工程能力都极强的公司,在 AI 芯片上依然吃力。因为瓶颈不在它们能控制的那一段。芯片设计得再好,装不起来,还是出不了货。

三个容易被算错的地方

  1. 名义产能 ≠ 有效供给。单个 AI 芯片的封装面积在快速变大,HBM 搭载量在增加。这意味着同样一片 12 英寸晶圆,能切出的有效中介层数量在减少。月产能翻倍,不等于可供货的芯片数翻倍。
  2. 瓶颈已经从”订单”转移到”设备和材料”。部分先进封装设备的交付周期已超过一年,高端 ABF 载板和覆铜板正在成为新的卡点。台积电之外,其他厂商面临的是”装机速度”问题而不是”接单”问题。
  3. 紧张是结构性的,不是周期性的。机构普遍判断 2027 年之前难以彻底缓解。这是由封装面积扩大和多方客户(GPU + 云厂商自研 ASIC)同时抢产能共同造成的。

06供给格局正在被重写

过去三年,最尖端 AI 芯片的封装几乎全部由台积电包揽。这个格局正在松动,而原因不是别人追上了,是台积电主动往外分。

它的策略很清晰:把资源集中到附加值最高的 CoWoS-L 和 SoIC,把相对成熟的 CoWoS-S、CoWoS-R 以及部分封装环节,交给外部封测厂(OSAT)承接。承接方拿到的数字是这样的:

承接方2026 年2027 年预计备注
日月光 / 矽品约 3 万片/月约 5 万片/月先进封装营收一年增逾六成
Amkor(安靠)约 2 万片/月约 3 万片/月亚利桑那 70 亿美元先进封装厂,2027 年中完工
非台积电阵营合计—约 8 万片/月侧重于 CoWoS-L 与 CoWoS-R

更有意思的是新玩家。基板厂(如三星电机)正在从传统载板供应商,向”封装方案共同开发者”延伸;而部分面板厂凭借大尺寸玻璃加工和精密制造能力,开始切入 FOPLP(面板级扇出)和玻璃基封装。

背后的逻辑是:CoWoS 紧缺带来的不只是产能转移,而是技术路线和供给主体同时扩容。产业链从”晶圆厂单点主导”,变成了晶圆厂、封测厂、基板厂、面板厂共同扩产。

替代路线:EMIB 是第一个真正有分量的挑战者

英特尔的 EMIB 方案在架构上和 CoWoS-L 的思路一致——只在需要高密度互连的地方放硅桥。但有一个决定性的结构差异:CoWoS-L 的硅桥嵌在 RDL 中介层里,而 RDL 中介层必须在圆形晶圆上制造;EMIB 直接把硅桥嵌进有机封装基板,而基板是矩形的。

这看起来是个细节,实际影响很大。矩形面板切割矩形的封装件,利用率远高于圆形晶圆——这个几何问题,后面还会再出现一次。

目前 EMIB 已支持超过 8 倍光罩(约 6,860 mm²)的封装尺寸,成本据测算比 CoWoS 低 30% 到 40%,已有真实量产客户,部分云厂商的自研芯片被报道将在 2027 年下半年转往该路线。

不过要客观:架构上的尺寸优势,不等于量产能力上的领先。台积电每月出货数以百万计的封装件,三年独家供应积累的客户磨合与工艺数据,短期内无法被复制。

国产进展:中段已通,最难的一段还没通

这一段对国内读者更有意义。目前国内算力芯片的先进封装,主流走的仍是 2.5D,以台积电流程为蓝本,头部厂商主要是通富微电、长电科技、盛合晶微。

大致的情况是:CoWoS-S 这一类(硅中介层连接一颗 GPU 加数颗 HBM)在国内已经实现规模量产,良率表现良好;其中盛合晶微在国内 12 英寸硅中介层市场占据 85% 以上份额,并已完成了 6 倍光罩超大尺寸硅桥方案的工艺开发和可制造性验证。

但真正意义上的 CoWoS-L,国内尚未实现量产。其中长电科技的进度相对领先,走的还是偏向桥接的技术路线(思路接近 EMIB),但良率目前仍未达到量产水平。

这里有个关键的门槛数字:这类高价值先进封装,量产良率通常要求 90% 以上。原因很简单——它上面集成的 HBM 太贵了,任何一点良率损失都被放大成实打实的成本。这也是判断国产进展时最该盯住的指标。

07下一场竞赛是”尺寸”,不是”片数”

如果把时间轴拉长,你会发现台积电在 CoWoS 上做的事,本质是一场尺寸的竞赛。

CoWoS 封装面积从 3.3 倍光罩到 14 倍光罩的演进路线
从 3.3 倍光罩到 14 倍光罩,五年放大近五倍。尺寸每上一个台阶,都要在材料、键合、翘曲控制上重新解决一遍工程问题。数据来源:台积电公开技术蓝图与公开研报整理。

2024 年是 3.3 倍光罩、集成 8 颗 HBM3;2026 年是 5.5 倍光罩、集成 12 颗 HBM3E/4,良率已超 98%;2027 年规划 9.5 倍光罩,2028 年 14 倍光罩(集成 20 颗 HBM5),2029 年进一步超过 14 倍光罩。

而尺寸一旦推到这个量级,前面提到的那个几何问题就会回来咬人:14 倍光罩这么大的中介层,在 300 mm 圆形晶圆上只能切出大约 3 颗,面积利用率约 51%。同样的尺寸在 310×310 mm 的矩形面板上能排下 6 颗(利用率约 75%),换到 510×515 mm 的更大面板,则能排到约 20 颗。

这就是台积电推动 CoPoS(面板级封装)的根本动因——把中介层的制造从圆形晶圆搬到矩形面板上。试点产线预计 2026 年年中完成调试,大规模量产可能要到 2028 到 2029 年。

再往后一步,是玻璃基板。当封装尺寸继续变大、功耗继续升高,有机基板因为热膨胀系数与硅不匹配,会发生严重的翘曲变形,直接扯断内部微小的连接点。玻璃的优势在于:膨胀系数更接近硅、刚性更高、介电损耗更低,而且可以用面板级工艺加工,材料利用率更高。

台积电和英特尔在这个方向上做出了同样的选择。这也说明一件事:封装的技术演进,接下来会由材料主导。

08一个从业者的补充:良率在这个环节不是百分比,是钱

前面讲的都是宏观数字。作为天天和这些工序打交道的人,我想补充一个外界通常看不到的视角。

在这个环节,良率不是一个考核指标,而是一笔实打实的资产敞口。

算一笔账:一颗 B200 级的封装,光封装成本就超过 1,000 美元;它上面还压着 8 颗 HBM,合计超过 4,800 美元。也就是说,在键合工序开始的那一刻,你手上就握着接近 5,800 美元的价值。如果这道工序失败,这笔钱直接归零。

更麻烦的是,封装属于不可逆工艺——芯片一旦键合上去,就没有返修的可能。前道晶圆还能挑挑选选,后道键合之后,只能整颗报废。

这就是为什么在先进封装里,KGD(Known Good Die,已知良好裸片)测试会变得这么关键,也是为什么 chiplet 架构的测试成本比单芯片方案要高 15% 到 30%。你必须在键合之前,就已经确信每一颗贴上去的裸片都是好的。测试环节在先进封装里被严重低估了。

一句话概括这个行业的分工:前道决定芯片能跑多快,后道决定这批芯片有多少能卖出去。在 AI 芯片这个价位上,后者对利润的影响往往更大。

09三条可以带走的判断

  1. 封装的稀缺,本质是工序问题,不是产能问题。扩产周期长、设备交期超一年、高端载板与材料成为新卡点——瓶颈已经从”有没有订单”变成了”装不装得起来”。所以盯这条链,要盯设备交期和材料供应,而不只是盯扩产公告。
  2. 看分配表,比看产能表更有用。名义产能的增速是容易算的,但有效供给取决于封装面积、客户结构和优先级。前三家客户锁定 85% 以上的产能,这个事实比”月产能多少万片”更能解释当下的稀缺。
  3. 下一阶段的变量是”尺寸”,不是”片数”。谁能先解决更大尺寸下的键合精度、翘曲控制和 KGD 测试,谁就拿到下一代的订单。而尺寸问题最终会收敛到材料问题上——这是玻璃基板被寄予厚望的原因。
几点必要的诚实与风险提示

第一,本文涉及的所有产能与价格数据,均来自公开研报、厂商披露与媒体报道,不同机构口径存在差异,我也在文中标注了来源与区间,请把它们当作方向参考而非精确值。

第二,这个产业格局存在几个明确的变数:如果 EMIB 加玻璃基板的路线提前跑通,CoWoS-L 的垄断溢价会被稀释;如果推理侧算力占比继续上升(对封装带宽的要求低于训练),需求结构可能发生变化;HBM 涨价传导到终端也可能反噬需求。

第三,本文是产业技术分析,不构成任何投资建议,也不涉及任何未公开信息。

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下一篇,我会拆「Chiplet 的成本账到今天为什么还没算通」——那是一个看起来很美、算起来很痛的故事。如果你对先进封装的某个具体环节有疑问,也欢迎直接留言,我会挑问得最多的写成下一篇。


关于我

「星辰萌芽的思绪」 由一位半导体封测行业的一线从业者主笔。日常做产品与质量相关的管理工作,和良率、失效分析、客户投诉打交道。这个号只写一件事:把先进封装这个”专业但冷门”的环节,用公开数据讲清楚。所有内容均不涉及任何公司内部信息与客户信息。

封面与配图:本文技术示意图均由作者自绘;封面为 AI 生成示意图,仅作概念表达,不代表真实产品结构。

By Matthew

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