從1991年以來，遵循摩爾定律（Moore's 1aw）節奏的國際半導體技術藍圖（International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS）與製程微縮一直是半導體產業技術往前邁進的指南針。但隨著電晶體物理極限逼近，先進製程相關成本和複雜度大幅提高，先進製程技術節點的系統單晶片（System on Chip, SoC）開發難度也大幅增加，帶來良率、成本及開發週期等各方面挑戰。2016年異質整合藍圖（Heterogeneous Integration Roadmap, HIR）取代ITRS，HIR成為電機電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）和國際半導體設備及材料協會（Semiconductor Equipment and Materials International, SEMI）所共同支持的新路徑。
在2016 年轉型成異質整合藍圖（HIR）後，異質整合逐漸取代製程微縮，透過3D堆疊來提高電晶體元件密度，將更多功能的晶片與元件整合成系統級封裝，成為實現元件尺寸微縮與功能整合的新路徑。關於國際大廠在異質整合製程的技術動態、中國大陸如何因應美中科技戰與半導體供應鏈脫鉤、以及台灣半導體產業如何布局異質整合製程以發揮產業鏈綜效優勢，本文提出以下四項觀察。
一、國際產業聯盟：UCIe推進異質整合開放標準，但需觀察中國大陸廠商參與的影響
於2022年3月英特爾串聯半導體產業巨頭發起成立UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）產業聯盟。聯盟委員會由十二家領導企業組成，包括：AMD、Arm、英特爾、輝達（英偉達Nvidia）、高通、三星、以及台灣廠商台積電及日月光等，涵蓋晶圓代工廠、系統OEM、矽智財（IP）供應商和晶片設計業者，以及重要的雲端服務供應商：阿里巴巴、Google Cloud、Meta、微軟等。藉此聯盟共同推動產業的開放規格，以定義封裝內小晶片之間的連接標準，在封裝層次創造出開放的小晶片生態系和無所不在的連結。初期目標在於確保互操作性和演進，涵蓋晶片輸出入物理層、協定和軟體堆疊架構，並充分應用既有的產業標準（PCI Express和CXL）。目前己經提出UCIe 1.0規範與合規性測試方法，讓終端客戶能夠混合配置多元供應商生態系的小晶片，建構客製化的系統單晶片（SoC）。
迄至2023年3月（參見圖1），在59家UCIe貢獻者會員公司中，中國大陸已有芯原、芯耀輝、芯和半導體、芯動科技、通富微電、力積存儲、希姆計算、長電科技、超摩科技、奇異摩爾、輝義智能、燦芯半導體、默升科技、Futurewei（母公司華為）、合見工軟等15家公司加入，台灣則有聯發科、創意電子、世芯電子、愛普科技、矽品精密、超捷國際、華邦電等7家公司加入。在25家採用者公司中，中國大陸已有芯雲凌、佰維存儲、長鑫存儲、牛芯半導體、芯來科技、藍洋智能、奎芯科技等7家公司加入，台灣則有力晶積成電子、創鑫智慧、群聯電子、威宏科技、乾瞻科技、神盾等6家公司加入。
資料來源：中經院彙整，取自小晶片互連產業聯盟網站「UCIe」，連結， 最終檢索日期：2023/3/22。
圖1 小晶片互連產業聯盟（UCIe）的59家貢獻者會員公司
事實上，中國計算機互連技術聯盟（CCITA）先前已於2021年5月在工信部建立小晶片標準《小晶片介面匯流排技術要求》。高達23家中國大陸廠商大舉參與國際產業聯盟UCle，恐也有意藉此學習、加快半導體產業自主技術與產業發展。因此引發了疑慮：標榜開放生態系的UCIe，是否可能因美國科技禁令而阻礙合作。UCIe列出的英特爾EMIB、台積電CoWoS以及日月光FoCoS-Bridge三種先進封裝方式，目前在中國大陸的封裝工廠都不能支持；也很可能都受制於美國政府規定，企業若無美國政府許可不得對中國大陸開放，否則視同違規出口。中國大陸所面臨的現實問題是如果UCle所支援的三種先進封裝技術都被禁止，中國大陸廠商想用UCIe協議，只能採用標準封裝方式，而採用標準封裝的小晶片間互連頻寬，晶片性能將大幅縮水。因此UCle並不能為中國大陸的晶片企業實際解決在先進製程落後的關鍵技術問題；關鍵源頭仍在美國政府的技術管制。而中國大陸廠商參與UCIe，是否影響聯盟的後續運作及先進異質整合技術標準的開放性，仍有待觀察。主要國際大廠在異質整合製程技術與應用領域的布局如表1所示。
表1 國際大廠在異質整合製程技術與應用領域布局
資料來源：中經院彙整，參考表列各公司網站。
二、中國大陸在異質整合領域的發展：積極投入但成果有限，仍無法達到先進製程水準
中國大陸前三大封裝廠為長電科技、通富微電、華天科技，分別透過對星科金朋、AMD蘇洲與檳城封測廠、FCI及邁克光電、Unisem、紀元微科的併購，邁進高階封測門檻。中芯半導體入股常電科技成為最大股東之餘，旗下盛合晶微半導體也鎖定開發先進異質整合封裝技術，例如SmartAiP 5G毫米波天線晶片晶圓級封裝技術，以及 SmartPoser創新晶片整合封裝技術。同時，國家積體電路產業基金一期投資長電科技（持股19%）、通富微電（17%）和華天科技（27%），給予大力度的資金支持。
受創美國科技禁令的華為集團，也積極引進3D封裝技術，多元探索以求自主技術突破。例如：（1）旗下海思半導體與上海芯原合作投入小晶片研發（2）與福建渠梁電子封測廠合作先進晶片封裝設計生產並測試先進異質整合封裝技術（3）與京東方合作開發面板級封裝技術，在類似顯示面板的基板上組裝而非直接在晶圓上組裝（4）並積極從我國封測大廠日月光挖角人才。不過，2022年底媒體報導，海思手機先進製程晶片並無出貨、華為4G手機晶片仍依賴高通取得美國許可出貨，由此顯示華為尚未能突破高階封裝技術。
儘管小晶片異質整合先進封裝技術難度雖遠低於先進製程晶片，但挑戰在於需要整體生態環境支援及上下游廠商同心協力設定標準並建立平台以成為完整的生態系。人才也是重點，需要懂系統、設計應用，及整合熱、電、應力及材料間關係，能以功能為主的設計導向人才並重視產品的使用體驗。整體而言，小晶片技術是先進製程的補充選項，仍無法取代一般晶片，拿成熟製程做替代方案，功耗、效能不可能達到先進製程水準，可能僅堪用於民生用途。
三、ABF載板在異質整合封裝產業鏈的重要性：載板可能受美國禁令影響而管制出口至中國大陸
載板（如硬質ABF、BT、MIS；柔性PI、PE；陶瓷等）主要為晶片提供支撐、散熱和保護作用，是生產高階處理器、GPU、高階記憶體等產品在進行積體電路封裝的關鍵載體。然而，這些產品正是美國半導體禁令想要切斷對中國大陸供應的管制目標。全球供應鏈中，台灣（材料：晶化科技。產品：欣興電子、南電、景碩、日月光、臻鼎等）、日本（材料：味之素Ajinomoto，產品：新光電氣Shinko、揖斐電Ibiden、京瓷Kyocera）、韓國（三星、信泰Simmtech、大德Daeduck、LG Innotech）與中國（AT&S）等廠商占有重要地位；多數廠商於中國大陸（崑山、上海、重慶等地）布設生產據點。台灣廠商雖目前仍可供應中國大陸部分記憶體用載板，但如果美中半導體科技戰擴大管制範圍，對中國大陸禁售相關材料則將會受到影響。在地緣政治議題下，美系大廠陸續要求半導體生產供應鏈移出中國大陸，ABF載板是半導體封裝產業鏈的關鍵原材料之一，因應美國科技禁令可能延及載板，中國大陸積極發展高階載板產能，雖已開發出BT載板產能，但卻還沒有高階ABF戴板產能，可能需要到 2024年才會有部分ABF產能開出。
四、台灣在異質整合封裝的布局：強化生態系合作，整合小晶片設計與異質整合封裝技術及串聯半導體及資通訊產業鏈
首先，透過台灣人工智慧晶片聯盟（AI on Chip Taiwan Alliance, AITA），結盟開發異質晶片與運算架構，建構台灣AI晶片自主設計能力與生態系；整合小晶片設計與異質整合封裝技術產業鏈，開發具高市場成長動能的高效能運算晶片與智慧手機晶片，建立通用異質整合標準傳輸介面，提升功耗、效能和面積（PPA）表現以達到晶片效能及成本最佳化效益。另外，運用國家研究院台灣半導體研究中心的人工智慧系統單晶片（AI SoC）設計平台，垂直串聯整合半導體及資通訊產業鏈，建立AI晶片少量多樣試產平台，串連國內IC設計、製造、封測與終端系統應用廠商，提供從架構、設計、製造到試產的全方位解決方案，縮短產品上市時間，加速產業轉型升級。最後，透過台積電開放創新平台（OIP）的3D Fabric異質整合聯盟，實現台灣半導體產業包括電子設計自動化（EDA）、矽智財（IP）、記憶體整合、委外封裝測試（OSAT）、先進基板與載板、以及3D IC測試方法的密集生態系統合作。
關於異質整合製程在未來所面臨的機會與挑戰，ChatGPT生成式AI技術的發展，帶動高階人工智慧（AI）晶片與異質整合封小晶片（Chiplet）的需求。但要在有限的面積上整合來自不同公司的不同晶片，異質整合封裝技術仍面臨多晶片間散熱、翹曲、應力、3D 晶片良率的責任歸屬問題等諸多挑戰；更重要的是異質整合封裝不是單靠一間公司就可以做到，需要不同公司之間更多的共同協作，例如經由UCIe聯盟來定義封裝內小晶片之間的連接標準，創造開放的小晶片生態系，才能夠從IC設計、EDA工具、到封裝技術，進行系統整合設計與標準化的無縫連接，才能達到異質整合小晶片無所不在的連結目標，並持續尋求摩爾定律與先進製程的突破。