本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自sourceability
隨著市場跟上人工智慧應用的日益增長，半導體行業將在2025年在功率元件、先進封裝和HBM方面取得突破。
在準備進入 2025 年之際，技術繼續以前所未有的速度發展。隨著科技行業的變化，半導體行業也在發生變化，該行業正在轉型以支援新的應用。由於半導體一直是技術創新的核心，電子元件的創新對於驅動下一代智慧手機和人工智慧 (AI) 至關重要。
隨著不同行業領域出現新趨勢，全球市場將在未來一年和十年內發生重大轉變。這些趨勢將影響半導體的設計方式以及它們需要哪些功能來幫助新產品在技術領域具有競爭力。
人工智慧，作為當今科技領域的王者，將在 2025 年及未來幾年繼續塑造電子元件供應鏈。
人工智慧助力HBM定製化興起
人工智慧的快速發展是過去兩年半導體創新最重要的驅動力之一。在整個 2025 年，人工智慧將繼續融入更廣泛的裝置中，例如 2024 年底推出的 PC。特定元件領域對定製的需求日益增長，引起了整個半導體行業的興趣。
例如，Nvidia、Intel和AMD一直負責設計以 AI 為中心的處理器，包括 GPU 和 CPU。這些元件專門針對、深度學習和生成響應進行了最佳化。在未來幾年，我們可以期待這些元件實現創新，採用更具創新性的神經形態設計，模仿類似人類大腦的功能。
然而，去年人們對高頻寬記憶體 (HBM) 的關注度不斷提高，因為它的功能使其成為大型語言模型 (LLM) 開發人員的熱門選擇。由於供應越來越緊張，製造商投入了更多產能和資源來開發 HBM，從而帶來了新的定製化需求。
三星半導體副總裁兼 DRAM 產品規劃主管 Indong Kim 討論了 HBM 在 AI 應用領域的能力所帶來的新發展。
Kim 表示：“HBM 架構正在掀起一股大浪潮——定製 HBM。AI 基礎設施的激增需要極高的效率和橫向擴充套件能力，我們與主要客戶達成了一致，即基於 HBM 的 AI 定製將是關鍵的一步。PPA——功率、效能和麵積是 AI 解決方案的關鍵，而定製將在 PPA 方面提供巨大的價值。”
SK海力士、三星電子和美光科技是HBM的三大製造商，它們正在探索提高其效能和處理速度的新方法。
三星和美光“在每個凸塊層面上都採用了非導電薄膜（NCF）和熱壓鍵合（TCB）”，而 SK 海力士則“繼續採用倒裝晶片大規模迴流工藝的模塑底部填充（MR-MUF），該工藝只需一步即可將堆疊密封在高導電性模塑材料中。”
隨著越來越多的人工智慧處理轉移到邊緣（更靠近資料來源），為邊緣裝置設計的半導體將需要更節能、更快，並能夠處理複雜的人工智慧工作負載。這一趨勢需要低功耗、高效能晶片的創新，尤其是對於智慧相機、物聯網裝置和自動無人機等應用。
先進封裝將成為晶片創新的下一階段
除人工智慧外，開發新的先進封裝工藝已成為 2024 年的熱門話題之一。半導體行業正在面臨摩爾定律的終結，摩爾定律即“積體電路上電晶體的數量每兩年翻一番，而成本上升幅度很小”。
隨著節點尺寸越來越小，OCM 正在探索透過封裝提高晶片效能的其他選擇。Nvidia 一直在利用臺積電的先進封裝能力來幫助提高晶片效能。這是透過臺積電的晶圓基板晶片 (CoWoS) 實現的，它可以提高效能、減少佔用空間並提高能效。
CoWoS 透過在單個基板上堆疊晶片來促進半導體創新。現在先進節點已接近單個奈米尺寸，晶片堆疊開發是半導體能力的下一個嘗試。CoWoS 技術的優勢及其快速擴充套件的能力確保了其在大規模生產中的廣泛應用。
這些方面極大地有利於人工智慧應用日益增長的需求，包括生成和大型語言模型 (LLM)。臺積電計劃在擴大其全球業務的同時，提高其先進封裝業務的產能。據傳，臺積電計劃在美國和日本建立新的 CoWoS 先進封裝工廠，以滿足這一日益增長的需求。
該戰略背後的主要動機是人工智慧應用對 Nvidia 晶片的需求日益增長。
同樣，CoWoS 技術的小尺寸有助於在散熱器和軸流風扇設計等先進冷卻解決方案中實現更高效的熱管理。隨著資料中心的擴張以滿足日益增長的 AI 使用，這可能會導致對先進封裝應用的需求增加。
據研究，CoWoS 技術的持續整合將幫助 OCM 突破晶片封裝的傳統限制，透過提高效能和增強互連性來改善應用。同樣，記憶體（尤其是 DRAM 和 NAND 快閃記憶體）中 3D 堆疊的使用量也將在 2025 年增長，以更好地支援 AI 應用。
資料中心的增長將推動電源元件需求激增
隨著人工智慧不斷融入不同的業務和市場領域，資料中心承載這些資訊的需求也在不斷增加。隨著人工智慧需求的增加，資料中心行業很快遇到了一個重大問題，主要是因為電力或空間根本不夠。
在 CNBC 的一份報告中，專家警告稱，人工智慧應用對電力的需求不斷增長，其潛在增長潛力巨大，以至於單個數據中心的用電量可能比一些大城市甚至整個美國州都要多。
人工智慧的高需求導致零部件產能下降，導致定製冷卻系統的交貨時間比幾年前延長了 5 倍以上。甚至備用發電機的交貨時間也超過了通常的一個月到兩年。
自人工智慧爆發以來，電力和能源已成為最突出的短缺領域之一。過去幾年，電氣化工作進一步加劇了對電力的需求。電網是每個國家經濟、國家安全以及社群健康和安全的支柱，由於眾多行業的需求不斷增長，電網的穩定性變得越來越脆弱。
各國電網大多已有數十年曆史，使用壽命為 50-80 年，即將結束。電網老化導致其更容易受到停電、網路攻擊或社群緊急情況的影響。普林斯頓大學教授傑西·詹金斯 (Jesse Jenkins) 表示，2030 年的電力需求可能比 2021 年高出 14%-19%。
21 世紀的電網必須滿足不斷增長的電力需求，為電動汽車、熱泵、工業電氣化和氫電解提供動力，並且需要延伸到該國的新地區，以利用最佳的風能和太陽能資源。這兩個因素意味著我們需要一個更大的電網和更多的長距離傳輸。
這個問題正在推動電源元件行業的新發展。高效電源轉換器將利用比傳統矽基元件更高效的新材料，幫助減少資料中心的能源損耗。這些材料包括碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 元件，它們具有更高的擊穿電壓、更快的開關速度、更高的功率密度和更小的尺寸。
Wolfspeed、意法半導體和英飛凌是三家生產 SiC 和/或 GaN 元件的公司。Wolfspeed 是 SiC 技術的領導者之一，一直致力於擴大其全球影響力並提高全球生產能力。同樣，GaN 曾經是一種僅用於航空航天和國防應用的元件，現在越來越多地用於通訊和資料中心。
同樣，這些元件由於其功率效率高，可以幫助半導體行業比傳統矽元件更快地實現可持續發展目標，最終減少電力需求。SiC 和 GaN 元件的排放量也低於傳統矽，可將最終產品的排放量減少高達 30%。
這將是未來資料中心建設的必由之路，因為資料中心對電力的需求巨大，可能會增加碳排放。
半導體行業正在突破創新界限
隨著 2025 年的臨近，由於人工智慧推動了半導體格局的變革，半導體行業將在塑造技術未來方面發揮更加關鍵的作用。HBM 定製、先進封裝和功率元件創新將是 2025 年的少數趨勢之一。為了應對這些挑戰，半導體公司必須投資於尖端材料、新制造工藝和創新晶片架構。
全球電子元件分銷商必須依靠其特許經營合作伙伴關係、全球供應商網路和市場情報工具來幫助客戶採購這些即將上市的元件。隨著半導體行業適應這些趨勢，它將繼續成為決定未來十年的技術突破的關鍵推動因素。
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