AI 时代的矛盾点：算力需求快速增长，单个 die 的晶体管数量增长受限。

AI 时代下，模型参数量越大，训练模型所用的数据越多，训练模型的计算量越大，对应模型的性能越好。因此常用 Scaling Law 来表征算力需求的规模。据华为测算，未来大模型算力需求将维持每 6 个月翻一番的趋势直到 2030 年，也即是维持每年翻 4 倍的高速增长。而作为算力的供给方，单个 die 的晶体管数量增加愈发困难。随着芯片制程的提升，晶体管密度的复合增速越来越慢，并将在 3nm 之后降为个位数。与此同时，芯片面积受到 reticle limit 的影响，单个 die 的面积不能超过 858mm2，因此单个 AI die 的晶体管数量增速显著放缓。在摩尔定律和 Scaling Law 冲突的背景下，如何继续提升芯片的算力成为各大厂商发展的重点。

摩尔定律趋缓，3D IC 打开芯片垂直堆叠之路。作为延续摩尔定律的重要方式，3D IC 是一种新型的集成电路技术，它将多个芯片堆叠在一起，通过垂直通孔实现互连，减小芯片间互连长度的同时提升互连信号的传输速度。与传统的二维封装相比，3D IC 具有更高的封装密度、更低的功耗和更高的性能。据 Yole 数据，2022 年全球 2.5D/3D 封装市场规模约为 90.13 亿美元，预计 2022-2028 年的复合增长率将达到 20.1%，2028 年全球 2.5D/3D 封装市场规模将达到 270.32 亿美元。2022 年全球 2.5D/3D封装出货量达到 45.08 亿，预计 2022-2028 年的复合增长率将达到 15.3%，2028 年全球 2.5D/3D 封装出货量将达到 105.78 亿。

海外大厂竞相布局，逻辑/存储皆有应用。目前台积电的 3D SoIC 工艺平台是推进缩小尺寸和提高性能的异构芯片集成领域的关键技术，同时也是目前唯一大规模量产的 3D 封装技术，具有超高密度垂直堆叠的高性能、低功率和最小的 RLC（电阻电感电容）。英特尔的 Foveros 工艺，通过高密度、高带宽和低功耗的互连方式，将多个制程工艺制造的芯粒组合成复合芯片。三星 X-Cube 技术通过 3D 集成大幅降低大型单片芯片的良率风险，以更低的成本实现更高系统性能，同时保持高带宽和低功耗，被其誉为“超越摩尔定律”的技术路线。当前，3D IC 技术已经应用于3D NAND、3D V-Cache、HBM 等领域，未来随着芯片集成度的进一步提升，3D DRAM、3D Logic 芯片也将快速发展。

我们认为，3D IC 具有四大机遇与挑战：高精度深孔刻蚀、高芯片平整度、芯片散热以及高精准对位。随着摩尔定律趋缓，3D IC 重要性愈发显著，有望带动前述四大领域中相关产业链快速发展，建议重点关注刻蚀、CMP、键合、芯片散热等环节。

目 录

1. AI 时代的矛盾：Moore's Law v.s. Scaling Law .......... 4

1.1. AI 新时代，算力需求爆发式增长 .......... 4

1.2. 摩尔定律趋缓，芯片单位面积的算力提升困难 .......... 5

2. 摩尔定律趋缓，3D IC 延续芯片垂直堆叠之路 .......... 7

2.1. 3D IC：垂直堆叠，续写摩尔定律 .......... 7

2.2. 3D IC 关键技术，助力芯片纵向高密度互连 .......... 9

2.2.1. TSV：打开芯片纵向延伸之路 .......... 9

2.2.2. 键合：助力芯片高效稳定互连 .......... 12

2.2.3. 海外大厂全产业链布局，国内厂商发力关键环节 .......... 15

2.3. 3D IC 后续发展重点：散热&异构集成 .......... 17

3. 海外大厂竞相布局，逻辑/存储皆有应用 .......... 18

3.1. 台积电 SoIC：目前唯一大规模量产的 3D 封装平台 .......... 18

3.2. 英特尔 Foveros：多芯粒堆叠的典型代表 .......... 21

3.3. 三星 X-Cube：“超越摩尔定律”的异构集成技术 .......... 23

3.4. 典型逻辑芯片案例：AMD 3D V-Cache .......... 25

3.5. 典型存储芯片案例：HBM .......... 27

4. 3D IC 的机遇与挑战 .......... 29

4.1. 深孔刻蚀为芯片堆叠核心，高密度通孔迎发展新机遇 .......... 29

4.2. 万丈高楼平地起，芯片平整度奠定垂直堆叠基础 .......... 29

4.3. 高晶体管密度带来高功耗密度，芯片散热成为重要挑战 .......... 29

4.4. 高密度互连源于高精准度对准，助力芯片信号传输与散热 .......... 30

5. 推荐标的 .......... 31

5.1. 长电科技：XDFOI Chiplet 高密度多维异构集成系列工艺推动 3D IC 国产化 .......... 31

5.2. 通富微电；先进封装高增，收购京隆补强测试 .......... 31

5.3. 中微公司：刻蚀设备不断突破，平台化发展打开成长空间 .......... 31

5.4. 拓荆科技：公司业绩持续高增，新工艺新产品开创未来 .......... 32

5.5. 盛美上海：业绩稳定高增，多产品体系打开成长空间 .......... 32

5.6. 赛腾股份：海外 HBM 产业链唯一国内供应商 .......... 32

5.7. 安集科技：业绩快速成长，产品平台不断拓展 .......... 32

5.8. 兴森科技：国产 ABF 载板先行者.......... 33

5.9. 富信科技：Micro TEC 国产化加速，助力芯片散热高速发展 .......... 33

6. 风险提示 .......... 34

图表目录

图 1：AI 产业发展图谱 .......... 4

图 2：计算规模发展趋势 .......... 5

图 3：晶圆制造制程世代图 .......... 5

图 4：台积电各代制程的晶体管密度及密度的复合增速 .......... 6

图 5：芯片 reticle limit 示意图 .......... 6

图 6：英伟达各代 GPU 的 die size（mm2） .......... 6

图 7：3D 互连示意图 .......... 7

图 8：先进封装技术应用图谱 .......... 8

图 9：2.5D/3D 封装图谱 .......... 8

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