研調機構Counterpoint Research最新研究指出,未來五年全球預計將有超過1.3億顆用於AI伺服器的GPU與AI ASIC,搭載先進封裝的運算端記憶體(on-compute memory),相關運算市場營收預計接近2兆美元。
隨著AI算力需求快速成長,半導體產業也面臨三項重要技術瓶頸Memory Wall(記憶體牆)、Performance Wall(效能牆)與Copper Wall(銅互連牆)。其中,記憶體頻寬與資料搬移效率對AI加速器效能的影響日益增加,也使先進封裝、HBM及新型記憶體架構受到更多關注。
目前高階AI加速器廣泛採用HBM,並透過先進封裝提升運算晶片與記憶體之間的資料傳輸效率。以TSMC CoWoS為代表的先進封裝技術,已廣泛應用於AI GPU與ASIC。
隨著AI晶片規模持續擴大,傳統HBM搭配矽中介層(Silicon Interposer)的架構,也需要進一步考量成本、封裝厚度、良率、產能及整體製造效率。因此,產業正探索不同技術路線,以縮短運算與記憶體之間的距離,並降低資料搬移所產生的功耗。
Counterpoint Research指出,英特爾(Intel)正透過EMIB、ZAM與XBM等技術探索不同的記憶體與封裝架構。其中,EMIB已進入商用階段,ZAM著眼於HBM4世代的應用機會,XBM則進一步探索未來記憶體介面與晶片整合方式。
目前台積電在大規模製造、技術成熟度及JEDEC標準生態系方面具備既有基礎,而其他新型架構的發展與採用,仍將取決於量產進度、客戶與記憶體供應商支持,以及散熱與系統整合等因素。
除了持續改善HBM與先進封裝,AI晶片業者也開始從系統架構角度探索改善Memory Wall的方法。
高通(Qualcomm)提出的High Bandwidth Compute(HBC)採取不同的設計方向。相較於傳統AI加速器將HBM與XPU配置於矽中介層上,HBC嘗試將運算晶片置於3D堆疊LPDDR記憶體下方,透過Wafer-to-Wafer Bonding,使部分運算功能更接近記憶體。此架構的核心概念在於減少資料在記憶體與運算單元之間的移動,以降低資料傳輸所產生的功耗與延遲。
從封裝角度來看,HBC不需要傳統HBM架構所使用的大型矽中介層,並可能提供不同的記憶體供應與系統設計選擇,另一方面,Wafer-to-Wafer整合也帶來製造、良率與封裝等新的技術要求。
目前HBC仍處於早期發展階段。第一代產品預計於2027年中開始送樣,第二代預計於2028年推出,其實際效能、量產能力及軟體生態系仍有待後續發展與驗證。
Counterpoint Research共同創辦人兼研究副總裁Neil Shah認為,隨著AI模型規模與資料量持續增加,提升AI系統效能將不再僅依賴製程微縮與運算核心擴展,如何提高記憶體頻寬、降低資料搬移,以及改善封裝與互連效率,也將成為下一代AI運算架構的重要發展方向。
目前產業正探索多種技術路線,包括HBM與Hybrid Bonding、台積電CoWoS、Intel EMIB/ZAM/XBM、Qualcomm HBC,以及更長期的3.5D封裝、Chiplet、Co-Packaged Optics(CPO)、玻璃基板與Panel-Level Packaging等。
隨著AI基礎設施持續發展,相關需求也將延伸至記憶體、先進封裝、晶圓代工、基板、互連與光通訊等供應鏈環節。
Neil Shah強調,未來不同架構的發展與採用,將取決於效能、功耗、成本、量產能力及生態系成熟度,而如何改善Memory Wall、Performance Wall與Copper Wall,也將持續影響下一代AI運算平台的技術發展。


