下一個半導體周期，這些領域是關鍵

集成芯片間的競爭正在愈演愈烈。

在國際上，根據Semiengineering文章，英特爾代工、臺積電和三星代工都在爭相提供全3D IC的所有基礎組件。在未來幾年內，這些組件共同作用，將以最小的功耗實現性能數量級的提升。

市場數據上，9月Future Market Insights發布報告稱，3D IC和2.5D IC封裝市場預計將以9.0%的年復合增長率增長，從2025年到2035年，市場預計在2025年將達到583億美元，并預計到2035年將達到1380億美元。復合絕對增長分析顯示，在十年期間，由于對高性能計算、人工智能加速器以及下一代內存堆疊不斷增長的需求推動，市場規模將擴大近797億美元。

值得一提的是，根據報告，中國以12.2%的增速領先全球市場，其次是印度（11.3%）、德國（10.4%）、法國（9.5%）、英國（8.6%）和美國（7.7%）。

事實上中國不僅有市場優勢，也在技術、生態等方面積極布局集成芯片。下一個周期的半導體，集成有可能取代制造的位置，成為這條產業鏈上最關鍵的一環。

這是一場不能輸的競賽。

01

集成芯片，繞過摩爾定律

隨著半導體制造工藝接近物理極限，摩爾定律帶來的性能提升與成本效益正顯著放緩。在此背景下，芯片集成技術，特別是以芯粒（Chiplet）為核心的異構集成，正成為推動行業發展的關鍵方向。

芯片集成的新方向核心在于其模塊化和異構化的能力。通過先進封裝技術，可以將采用不同工藝節點、來自不同制造商、甚至不同材質的芯粒組合在單一封裝內。例如，對性能要求高的計算核心可采用最先進的工藝制造，而對成本敏感的I/O或模擬模塊則可使用成熟的工藝節點。這種方式不僅優化了各功能模塊的成本與性能，還通過復用已有的芯粒設計，顯著縮短了產品的開發周期和上市時間。

集成芯片的主要優勢體現在性能、功耗和成本三個維度。在性能層面，通過3D堆疊等技術將內存與邏輯計算單元垂直整合，極大地縮短了數據傳輸路徑，有效緩解了傳統計算架構中的“內存墻”瓶頸，提高了數據處理效率和帶寬。這直接轉化為更低的功耗，因為數據在芯片內部的移動是能耗的主要來源之一。

在成本方面，制造多個小尺寸芯粒的綜合良率遠高于制造單個大尺寸芯片，這降低了因單一缺陷導致整個芯片報廢的風險，從而控制了制造成本。

為支撐這一技術方向，2.5D及3D封裝等先進封裝工藝扮演了重要的角色。這些技術通過硅中介層（Interposer）或硅通孔（TSV）等方式，實現了芯粒之間高密度的互連。當前，互連密度已成為與晶體管密度同等重要的性能指標。這種高密度集成使得封裝內的組件可以實現比傳統PCB板高出數個數量級的帶寬，同時功耗更低，為高性能計算和人工智能等數據密集型應用提供了必要的物理基礎。

同時，3D集成芯片又不僅是工藝節點的競賽。它還涉及EDA工具和方法、數字孿生、多物理場仿真的重大變革，先進設備的支持，并在從設計到制造流程的多個階段注入人工智能。從某種意義來說，這些反而是集成芯片中更為關鍵的領域。

02

EDA平臺，3D集成的設計靈魂

3D封裝首先需要更先進EDA工具的支持。

三維堆疊架構對EDA工具提出了新的技術要求。設計復雜度大幅增加，從單一工藝的二維布局，轉變為涉及多個芯片、多種物理場的系統級工程。熱管理、機械應力、跨芯片時序收斂和電源完整性等以往的次級設計考量，轉變為影響系統可行性的主要因素。為平面芯片設計的傳統EDA工具，其架構難以處理上述系統級復雜性。

因此，EDA軟件的角色從單芯片設計工具，轉變為支持系統級集成的平臺。對此，國際三大EDA廠商——新思科技、楷登電子和西門子EDA均已進行深度布局，推出了一系列針對性的解決方案。

新思科技的核心產品是3DIC Compiler平臺，該平臺基于統一的數據模型，將架構探索、實現、分析和簽核等階段整合在單一環境中。通過其Synopsys.ai技術，特別是3DSO.ai，平臺能夠提供自主化的AI優化，并整合了Ansys在電源、熱和信號完整性方面的物理分析能力，旨在提供一個從架構到簽核的完整解決方案。

楷登電子則推出了Integrity 3D-IC平臺，其突出優勢在于系統級的多物理場分析和跨平臺協同設計能力。該平臺與公司的Innovus（數字實現）、Virtuoso（模擬設計）以及Allegro（封裝/PCB）等工具深度集成，并利用Celsius和Sigrity求解器，為芯片-封裝-電路板的全鏈路協同分析提供了熱與電性能簽核支持。

西門子EDA的布局重點體現在其Xpedition Package Designer和Innovator3D IC解決方案套件，并以其行業標準的Calibre系列工具在驗證簽核環節建立優勢。特別是Calibre 3DStress等工具，專注于解決3D架構中因熱機械應力引發的翹曲變形等問題。

國產廠商中，華大九天于7月發布了先進封裝設計平臺Empyrean Storm。

據介紹，該平臺支持跨工藝封裝版圖數據導入與設計編輯，深度適配當下主流的硅基（Silicon Interposer）以及有機轉接板（Organic RDL）工藝，可實現HBM和UCIe等通訊協議多芯片的大規模自動布線；同時能夠完成Dummy填充等保障量產的DFM版圖后處理，更是內置無縫集成的跨工藝物理驗證Argus，通過DRC / LVS等檢查確保版圖的正確性。憑借上述功能，Storm能夠駕馭多芯片間大規模、高密度的互聯布線和復雜的Layout需求。

芯和半導體的Metis 2.5D/3D先進封裝SI/PI仿真平臺能夠進行系統級信號完整性（SI）和電源完整性（PI）仿真分析。此外，其PIDC（電源完整性直流）仿真流程可以迅速評估整版Chiplets及3DIC的電壓降和電流密度熱點。

同時，該公司的Hermes電磁仿真平臺提供了全面的3D結構編輯和3D組件加密模型的功能，支持從芯片、封裝、電路板、線纜、連接器到天線等任意3D結構的全系電磁仿真。

03

混合鍵合，關鍵設備

在設備領域，尤其重要的混合鍵合相關設備。

混合鍵合是一種用于芯片間連接的先進封裝技術，包括晶圓對晶圓鍵合和芯片對晶圓鍵合兩種形式。其核心在于通過金屬焊盤與周圍氧化物的直接接觸實現連接，無需任何填充材料如焊料。該技術通過直接實現芯片間金屬與介電層的鍵合，為高性能計算、人工智能和存儲芯片等應用提供了高密度、低功耗的互連方案。

荷蘭的BESI公司是當前混合鍵合設備領域的市場領導者，占據主導地位。該公司不僅累計訂單量已超過百套，并已于2024年交付了首批具備百納米精度的設備，同時計劃在2025年底前實現50納米精度的技術突破。另一家全球設備巨頭ASMPT也取得了顯著進展，在2024年第三季度向邏輯芯片客戶交付了首臺混合鍵合設備，并已獲得用于下一代HBM的應用訂單，預計于2025年交付。

韓國設備商在該領域的布局尤為積極。作為熱壓鍵合（TCB）市場的領先者，韓美半導體已宣布投入千億韓元用于混合鍵合技術的研發與生產，計劃在2027年底前推出相關設備。與此同時，LG電子選擇繞過TCB技術，直接切入混合鍵合賽道，目標在2028年前完成概念驗證，并已開始招募核心技術專家。此外，韓華半導體技術正與SK海力士合作研發，計劃于2026年初推出其第二代產品。

根據華安證券研究報告，我國混合鍵合設備市場逐步崛起，拓荊科技、邁為股份等廠商陸續布局混合鍵合設備，關鍵技術逐步突破，有望在未來幾年內提升市場份額。

拓荊科技通過控股子公司拓荊鍵科布局三維集成鍵合設備業務，已形成混合鍵合、熔融鍵合及配套量檢測設備的完整產品矩陣，多款設備通過客戶端驗證并實現出貨，應用于先進存儲、邏輯芯片及圖像傳感器領域。該公司晶圓對晶圓鍵合產品Dione 300是國內首臺國產混合鍵合設備，推出的W2W/D2W混合鍵合前表面預處理及鍵合產品均獲得重復訂單。

近日，邁為股份表示，其已布局半導體鍵合加工設備，涵蓋混合鍵合、熱壓鍵合、臨時鍵合和激光解鍵合等關鍵設備，旨在服務先進封裝、化合物半導體和新型顯示（終端為AR眼鏡、車載應用）等領域。公司多臺套鍵合設備已發往客戶驗證。7月15日，邁為股份宣布，公司自主研發的全自動晶圓級混合鍵合設備成功交付國內新客戶。

04

存算一體，未來趨勢？

存算一體技術旨在解決傳統計算架構中的“馮·諾依曼瓶頸”問題。在該架構下，數據在獨立的存儲與計算單元間頻繁搬運，導致了顯著的延遲和功耗，在人工智能（AI）等數據密集型應用中尤為突出。為實現存算一體， 3D-IC技術提供了關鍵的物理基礎。通過3D封裝工藝，可以將高帶寬內存（HBM）等存儲芯片與邏輯計算芯片進行垂直堆疊，極大地縮短了數據傳輸路徑并提升帶寬，從而有效降低數據搬運的能耗與延遲，為存算一體架構的實現鋪平了道路。

國際半導體廠商正在積極布局存算一體技術，并已在不同應用場景中推出商業化產品。在端側消費電子領域，聯發科已將存算一體架構集成到其天璣9500旗艦手機芯片中。該公司采用數字域與模擬域并行的技術路徑，前者基于SRAM，適用于對實時性要求高的移動端任務；后者則面向能效比要求極高的邊緣場景。

在云端AI推理領域，美國初創公司d-Matrix則展示了其應用。該公司發布的Corsair加速器采用了數字存算一體（DIMC）技術，通過Chiplet架構將大容量SRAM和LPDDR5X存儲單元與計算功能緊密集成。其設計目標是直接在內存近端執行矩陣運算，以應對大型AI模型推理時數據搬運能耗占比過高的問題。

國產企業方面，后摩智能于今年發布了基于存算一體技術的端側AI芯片“漫界M50”。該芯片可提供單芯片最高160TOPS的算力，并支持最大48GB內存與153.6GB/s的帶寬配置。在實際性能方面，漫界M50目前已可實現7B/8B參數量的大模型達到25+ Tokens/s的推理生成速度，并已完成對DeepSeek 70B大模型的適配。該芯片理論上還可支持千億參數規模的模型運行。

知存計算作為國內最早布局存算一體的企業之一，其量產的WTM2101芯片是全球首款基于NOR Flash的存算一體語音芯片，專注端側低功耗語音交互場景。目前有WTM2系列，適用高能效場景；WTM-8 系列，新一代計算視覺芯片適用低功耗高算力場景，支持linux，支持AI超分、插幀、HDR、檢測與識別。