支撑从成像到人工智能等高性能应用的最前沿科技——3D集成，其整个生态系统都处于发展变革之中。
数据中心和人工智能如何驱动3D硅通孔（TSV）和异构集成增长？
数年前，当3D堆栈器件通过“偏门”（亦即游戏产品）进入市场后，半导体产业的期望和耐心获得了应有的回报。自此，硅通孔（TSV）技术吸引了设计厂商的关注。主要原因为，这种技术所带来的潜在性能是当今其它任何封装平台所无法比拟的。
高性能3D TSV商用产品发布情况（部分）
过去，高性能可能往往意味着有限的出货量，以及专为数据分析和国防应用而准备，那么现在的情况已经完全不同了。深度学习、数据中心网络、AR/VR以及自动驾驶汽车等高端应用正成为现实，不断地逼近当前其它封装平台的极限。因此，去年我们看到了数据中心开始接受网络处理单元和存储立方（memory cube）封装在一个中介层（interposer）上。
受云计算和超级计算应用中数据传输日益增长的带宽需求驱动，性能驱动型市场已经开始陆续采用3D堆栈技术。成像应用市场是3D集成的首个应用市场，正随着智能手机和平板电脑中传感器数量的不断增长而推动市场发展，其中便包括3D成像应用。
本报告提供了关于3D堆栈技术应用的深入分析，给出了目前市场上所有相关的3D堆栈应用列表。
高性能市场及应用
基于TSV技术的产品-业务升级及市场预测
基于TSV技术的产品可以分为三类：低端、中端和高端产品。在本报告中可以看到，CMOS图像传感器、存储立方以及中介层等中高端产品市场都是基于中通孔（via-middle）TSV工艺。在低端产品中，也可以看到基于中通孔TSV的产品（例如苹果的指纹传感器），但是由于成本原因，MEMS产业基本采用后通孔（via-last）TSV工艺，相比中通孔工艺成本更低。
2022年，预计高端产品将消耗超过60万片TSV晶圆，相对有限的数量却因为较高的晶圆价值而产生很高的营收。高带宽存储（High Bandwidth Memory, HBM）正逐渐成为大带宽应用的行业标准，尽管目前市场仅有两家制造商：Samsung（三星）和SK Hynix（SK海力士），这两家均为韩国厂商。
本报告还特别提供了消费类设备低延时计算应用的3D SoC生产制造情况。由于智能手机中不断增长的图像传感器数量，以及计算领域的需求增长，未来五年，预计12英寸等效晶圆的复合年增长率可达20%，将从2016年的130万片增长至2022年的400万片。TSV技术在低端产品市场的渗透率将保持稳定，主要增长动力源自智能手机前端模组中的RF滤波器，RF滤波器将持续增长，以支持5G手机通讯协议中不同的频带需求。
2016~2022年3D TSV和2.5D市场预测（按终端应用细分）
新厂商不断涌入，3D集成生态系统将如何发展？
若是关注一下高端晶圆的制造量（2017年预计约17万片12英寸晶圆），或许会问，为什么像TSMC（台积电）、GlobalFoundries（格罗方德）以及Sansung（三星）等一直经营大规模晶圆的大型厂商，现在要涉足高性能3D TSV业务。一个原因是高性能应用3D集成相关的诸多问题有待解决。另一方面，目前的数据中心和高性能计算业务亦是关键：首先，这是这些厂商维持其技术领先地位的路径之一，其次是因为互联网巨头正在从服务提供商向IC设计商转变，开发它们自己的品牌芯片，而将制造丢给代工厂来完成。
互联网公司正在开发定制化的自主设计芯片，开始蚕食芯片销售商的业务。芯片设计是机器学习的关键，因为需要定制化的解决方案来实现和确保物联网设备、语音识别及自动驾驶等应用的运行。因此，大型互联网巨头正意欲在自动驾驶汽车、物联网以及AR/VR领域拔得头筹。
高性能计算和深度学习领域正在发展的价值链
没有一家半导体厂商想错过下一个杀手级应用，因此，它们正根据形势调整其战略。互联网公司正向供应链下游布局，以更好的控制外包IC制造和组装业务，并在价值链中获取更高的利润，此时，传统的芯片制造商则开始向供应链上游拓展，例如Nvidia（英伟达），推出了一款基于其深度学习应用GPU tesla P100开发的服务器产品。同样，在2016年，Intel（英特尔）也发布了几款产品，尤其是面向高性能计算和深度学习的处理器和加速器。人们或许会问，那留给中等规模厂商的，还有什么？
本报告概述了这些厂商所选择的不同业务模式，以更好的了解该产业未来的战略发展方向。
未来五年，将会出现哪些技术挑战和有竞争力的封装工艺？
制造良率，仍是阻碍3D TSV集成大规模应用的主要障碍之一。2016年高带宽存储（HBM）的短缺并没有起到多大的推动作用，反而促使厂商去开拓替代解决方案，如SK Hynix的GDDR6存储便能够提供相近的带宽。
硅中介层高达1000美元的价格仍然阻碍着它的大规模应用，这也是为什么一些芯片制造商正在寻求替代技术。本报告深入分析了来自Intel的嵌入式互联桥封装（Embedded Interconnect Bridge package, EMIB），以及来自SPIL的Silicon-Less Integrated Module（SLIM）和Silicon-Less Interconnect Technology（SLIT）技术，该技术作为一种替代硅中介层技术应用于Xilinx产品中。这些技术通常由OAST（外包半导体组装与测试）厂商开发，正成为3D和2.5D集成的挑战者，不过，它们都还没有实现大规模量产。如果随着大规模应用而价格持续下探，学习曲线加速演进，3D集成或能成为高性能应用的标准先进封装平台。
报告涉及的部分公司：
Alibaba, ALLVIA, Altera (now part of Intel), Amazon, AMD, Amkor, ams AG, Analog Devices, Apple, ASE, ASET, Atos, Audi, Avago Technologies (now a Broadcom Limited company), Baidu, Besi, Boeing R&T, Bosch, Broadcom, Broadpak, Cadence, CEA-Leti, Cisco Systems, Cray, Dell, Dongbu HiTek, EPWorks, eSilicon, Facebook, FLIR, Forza, Fraunhofer, Freescale, Fujitsu, GalaxyCore, GlobalFoundries, Google, G-MEMS, HANA Micron, HD MicroSystems, Henkel, Hitachi Chemical, HPE, Huawei, SK Hynix, Ibiden, Inotera, IBM, IMEC, IME, Infineon, Intel, IPDIA, ITRI, InvenSense, JCAP, Juniper Networks, KAIST, Lenovo, LSI Corporation, Luxtera, mCube, MediaTek, Medtronic, Mercedes-Benz, Micron, Microsoft, Mitsubisho Materials, Mobileye, Movidius, Murata, NCAP, NEPES, Netspeed Systems, Northrop Grumman, Novati Technologies, NVidia, NXP, Omnivision, Oracle, poLight, PTI, Q-Tech, Qualcomm, Rambus, Raytheon, Renesas, Robert Bosch GmbH, Rudolph Technologies, Samsung, Sematech, Sensonor, Shinko Electric, Silex Microsystems, SiTime, Sony, SPIL, SPTS, STATSChipPAC (a JCET company), STMicroelectronics, SMIC, Synopsys, Tencent, Texas Instruments, Tezzaron, Toshiba, Tower Jazz, TSMC, Ultratech, UMC, UTAC, X-Fab, Xiaomi, Xintec, Xilinx, Xperi, ZF Friedrichshafen…
若需要《3D硅通孔（TSV）和2.5D市场和技术趋势-2017版》报告样刊，请发E-mail：wangyi#memsconsulting.com（#换成@）。
