吃下GPU这波“泼天富贵”，英伟达离不开台积电。

近日，晶圆代工龙头台积电发布了2024年3月财报，较2023年同期大幅增长了34.3%。按照台积电1月——3月披露的数据来计算，一季度累计营收约为5926.44亿新台币（约合人民币1329亿元，平均到每天则将近15亿元），同比增长16.5%，大大超出市场预期。

要知道去年的台积电，日子不可谓不“苦”，收入、利润双双下降。如今看来，台积电终于要“苦尽甘来”，开始走出2023年的寒冬，迎来复苏。

这背后，离不开生成式AI爆火的推动，但为何率先接住这波“泼天富贵”的，是台积电？

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凭借两把利刃
台积电卡住了GPU时代命脉

纵观2023年全年，因为消费电子市场需求疲软，智能手机、PC等出货量断崖式下降，全球芯片行业遭遇重创，芯片企业纷纷开启“苦日子”，即使是营收连涨13年的台积电，也未能幸免，踩了“刹车”，营收和利润分别同比下降4.72%和21.23%。

虽然去年业绩不容乐观，但2024年开年来，生成式AI的持续火爆，给了台积电极大的信心和勇气：从苹果放弃长达十年的造车计划转投生成式AI，到OpenAI首个文生视频模型Sora的惊艳亮相、号称比GPT-4快18倍的大模型Groq的横空出世，以及华为首个通信行业大模型的重磅发布……这一个个AI“王炸”背后，都极度依赖高性能AI芯片。

在这样的背景下，“算力霸主”英伟达被捧上神坛，以高达90%的占有率几乎垄断了市场，卡住了“人工智能时代脖子”。但“铁王座”上的霸主英伟达，却在产能上被台积电卡住了脖子，其GPU能供应多少，还得看台积电的脸色。

正如台积电此前指出，生成式AI需要更高的计算能力和互联带宽，这推动了半导体需求量的增加。无论是使用CPU、GPU还是人工智能加速卡和相关的专用集成电路（ASIC)来进行人工智能和机器学习，都需要使用前沿技术和强大的代工生态系统。

而这些，都是台积电的优势。虽然三星电子和英特尔也均展示过代工高性能AI芯片的计划，但目前看来，台积电在该领域似乎更加志在必得，毕竟目前几乎所有尖端GPU都是由台积电生产，不仅是英伟达，就连英特尔的GPU，也不例外。

日前，台积电CEO魏哲家就做出过预测，台积电2024年在AI和HPC（高性能计算）需求带动下，全年营收将有机会交出年成长21%至25%的成绩单。而此前在半导体周期下拯救多家半导体巨头业绩于水火的汽车芯片代工业务，则并没有被提名。

此外，台积电还测算，未来5年AI相关产品将能够实现接近50%的年复合增长率，到2028年，相关产品营收占比将达到集团总营收的10%左右。

可以说，在当前AI芯片市场中，如果说台积电“吃肉”，那么其他的晶圆代工厂只能被动地“喝汤”。

为何英伟达“独宠”台积电，而不是其他晶圆代工厂商，比如三星电子，毕竟它在2022年就已领先于台积电成功量产3nm制程的半导体。

归根结底，是因为台积电牢牢掌握了AI芯片订单的两把利刃：高度成熟的5nm工艺制程，以及更重要的“独门秘籍”——CoWoS封装工艺。

图源：LinkedIn

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每生产一颗GPU赚的钱

七成是CoWoS贡献的

代工服务的用户不仅会关注代工企业制造芯片的能力，还会关注代工企业制造芯片后的封装能力。

以英伟达H100为例，每一颗H100从台积电十八厂的N4/N5产线上下来，都会运往同在园区内的台积电先进封测二厂，完成H100制造中最为特别、也至关重要的一步——CoWoS。

这个重要性，也体现在台积电的收入上。根据分析师Robert Castellano的测算，台积电生产一颗H100芯片的收入“只有”不到200美元，但单颗芯片的封装收入却超过700美元。也就是说，台积电每产出一颗H100给能入账超过1000美元，其中超过7成是CoWoS封装技术带来的。

那么CoWoS对高性能芯片为何如此重要？和传统封装到底有何不同？

CoWoS由CoW和oS组合而来：CoW表示Chip on Wafer，指裸片在晶圆上被拼装的过程，oS表示on Substrate，指在基板上被封装的过程。

源：AnandTech

传统封装一般只有oS环节，通常在代工厂完成晶圆制造后，交给第三方封测厂，封测厂将这些裸片放到基板（Sustrate）上，引出管脚/引线，再将其固定、封装进一个外壳中。

但先进封装增加了CoW环节，这个无法靠封测厂来解决。台积电的CoW区别于其他先进封装的亮点在于，是将裸片和堆栈放在一个硅中介层（本质是一块晶圆）上，在中介层中做互联通道，代替了传统引线键合用于裸片间连接，从而大大提高互联密度以及数据传输带宽。

正是考虑到带宽与数据传输速率，CoWoS几乎成了高性能 AI GPU的唯一选择。虽然台积电一直在为更多的封装需求做着准备，但没想到这一波生成式人工智能需求来得如此之快，以至于CoWoS产能供不应求，成了卡住英伟达产能的一只手。

此前在英伟达财报发布的电话会议上，针对“产能”短缺问题，英伟达就公开表示，“市场份额方面，不是仅靠我们就可以获得的，这需要跨越许多不同的供应商。”

实际上，英伟达所说的“许多不同的供应商”，说到底也就两家：HBM 的 SK 海力士和 CoWoS 的台积电。

也就是说，英伟达GPU不是不想卖，毕竟谁和钱有仇，而是台积电CoWoS封装的产能不足，导致他们只能卖这么多。

目前，台积电也正大力投资CoWoS封装，一方面将在中国台湾地区扩产，另一方面计划将该技术引入日本。台积电首席执行官魏哲家曾在1月份表示，公司计划今年将CoWos产量增加一倍，并计划在2025年进一步增加。

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从无人问津到香饽饽

花了15年

CoWoS虽然成为市场的香饽饽，但其实这项技术发展很久了，只是最近才开始红起来。

早在15 年前，也就是2009 年，蒋尚义向时任台积电董事长张忠谋提议成立封装部门，借由研发先进封装技术，作为未来必然会遇到的摩尔定律瓶颈解方。在蒋尚义的解读中，这就是 CoWoS 的源起。

当时，在张忠谋的首肯下，蒋尚义带着1亿美元的设备投资金和400多人的工程师团队，开始了先进封装技术的研发。但业内对台积电进军先进封装的反应却大多悲观。

半导体产业分为上游设计、中游制造、下游封装，封装环节技术长期进步缓慢，利润被摊薄，大多走薄利多销路线，台积电作为代工厂天然人工成本更高，在与封装厂的价格战中自然不具备优势。

初生的CoWoS一度处境尴尬，除了在2011年得到FPGA大厂赛灵思订单，大部分客户并不愿意用CoWoS，比如英伟达。因为GPU计算时需要频繁与内存通信，获取和存储数据，而数据传输的瓶颈一直是困扰GPU计算的核心问题，所以英伟达是台积电CoWoS的第一批目标客户之一。

因此，先进封装团队在台积电内部一度被边缘化，甚至被当做老干部疗养院。“开始做的时候好多人讲这个好，你赶快去做，做好了他们却不用。”蒋尚义回忆道，很长一段时间内，CoWoS 成了台积电内部的一个笑话。后来跳槽三星的梁孟松，就认为自己被调往先进封装业务属于“下放”。

直到后来一次饭局，高通的一位副总裁告诉蒋尚义，不用 CoWoS 只是因为价格太贵，“我只愿意为这个技术花费1美分/平方毫米。”这和CoWoS的价格相差了6倍。

蒋尚义这才意识到工程师不能闭门造车，紧接着向台积电当时的研发主管提出降本要求，将昂贵的硅中介层换成其他材料，一年后终于做出新方案 InFO，虽然牺牲了连接密度，性能削减，但成本只有 CoWoS 七分之一。

很快，台积电找到了大客户——苹果，那个可以靠一己之力改变供应商命运的超级甲方。

凭借InFO方案，台积电在没有升级制程的情况下，在16nm工艺的基础上，制造出了比三星14nm性能更强的A10处理器，贡献了历代iPhone中第二轻薄的iPhone 7。

台积电先进封装业务的潘多拉盒子，就此打开，曾因为价格昂贵而迟疑不定的芯片大厂们也开始纷纷采用，英伟达、AMD、谷歌，甚至竞争对手英特尔，都用上了CoWoS封装。

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写在最后

如今看来，人工智能的狂热，已将对英伟达GPU处理器的需求推高到前所未有的水平，成本已经不是英伟达要考虑的问题了，毕竟把H100按照物料成本直接加个零去卖，也是供不应求。台积电就算漫天要价，英伟达也有能力照单全收。

从营收也能看出来，2023年英伟达向台积电支付了77.3亿美元，占台积电全年净收入的11%。而且，随着对AI处理器需求的增加，英伟达在台积电收入中的份额可能会在2024年增加。据了解，英伟达已经预订了芯片和CoWoS产能，以确保其用于AI的优质处理器的稳定供应。

除了英伟达，AMD在台积电收入中的份额是否会超过10%还有待观察。该公司销售大量面向数据中心的 EPYC 处理器，其用于AI和HPC的Instinct MI300系列产品的市场需求量也很大，因此，AMD在台积电收益中的份额可能会增加。

总的来说，2024年预计将出现AI应用的强劲增长，今年营收重点聚焦在AI和HPC两个领域的台积电，势必将成为全球最赚钱的半导体制造商。

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