創想AI／AI驅動下半導體產業的突破與機遇

【撰文／李思諾】

生成式AI正迅速改變科技產業的面貌，帶動各種新興應用和商機的湧現，半導體產業因此迎來一場前所未有的革命。生成式AI不僅推動了從伺服器到終端設備的廣泛需求，也加速技術創新，促使各大廠商紛紛投入高性能運算晶片的研發與應用布局。在這股變革浪潮中，半導體產業正全力應對挑戰，探索未來的無限可能。

「2023年，全球半導體市場達到5,269億美元，預計2024年將成長至6,112億美元，年成長率達16%，其中，AI的發展從決策式AI躍進至生成式AI，是非常關鍵的原因。」工研院產業科技國際策略發展所經理范哲豪開門見山指出，AI的迅猛發展，正替人類生活帶來巨變，無論是生成式影片技術或是讓大型語言模型（LLM）具備視覺、聽覺能力的技術，都無一不說明AI還有極大潛力尚未發揮。

AI熱潮席捲　半導體市場的巨大轉變

范哲豪認為，雖然受到通貨膨脹和終端市場需求疲弱的影響，全球半導體市場在2023年經歷了一些波動，但今年整體復甦的趨勢沒有變化，生成式AI的興起，不僅帶動了伺服器需求，更進一步擴展到各種裝置端的智慧型應用。

「生成式AI將逐步落地至更多終端裝置的應用，帶動新一波AI伺服器需求，AI PC與AI手機將成為終端消費市場成長的新動力。」范哲豪表示，生成式AI技術在近年的迅猛發展，使得半導體產業迎來全新的發展機遇，不僅驅動伺服器需求，更帶動包括智慧型手機、個人電腦以及各種物聯網（IoT）裝置在內的廣泛應用。未來市場需求將更加多元化，因為這些應用場景需要更高效能的半導體元件，這樣的趨勢下，國際大廠紛紛投入高性能運算（HPC）晶片的研發與應用市場的布局，從而推動了整個半導體市場的需求增長。

面臨挑戰　IC設計產業如何應對變局

IC產業在生成式AI時代中也迎來新的發展契機。工研院產科國際所產業分析師王宣智引述數據表示，2023年全球IC設計市場規模已達到2,345億美元，預計2024年將成長至2,765億美元，年成長率達18%。雖然市場成長迅猛，但也對IC設計產業帶來不小的挑戰。

「IC設計業者應該關注技術創新和市場需求之間的平衡，」王宣智說，拜生成式AI熱潮，市場對於能夠快速處理大量數據並具備高效能的晶片需求大幅上升，IC設計公司必須不斷提升技術水平，以滿足市場對於效能更高、功耗更低晶片的渴求。

然而，百花齊放的多元應用，也讓IC設計業者面臨更多變數和不確定性，不同的應用場景對晶片的要求各異，智慧型手機、個人電腦、物聯網裝置等各項應用所需要的晶片設計都不相同，IC設計業者必須不斷創新，擁有更靈活、更快速因應市場變化的能力，隨之而來的就是市場比以前更難預測、成本比以前更難控制。

「找到平衡點才能在市場立於不敗之地。」王宣智針對IC設計產業的商業策略提出建議，那就是加強與上下游企業的合作，形成完整的生態系統，以提升市場競爭力。

四大技術引領未來　IC設計的關鍵焦點

工研院產科國際所產業分析師劉美君則提出，IC設計產業在生成式AI時代最需要關注的4個重點技術，也就是異質整合、高效能封裝技術、矽光子製造技術，以及專用AI加速處理器（AI Accelerator）。

「在生成式AI系統中，資料中心伺服器面臨資料量急速攀升、頻寬亟需擴大，而功耗卻暴增的挑戰。」劉美君指出，不論是生成文字、圖像、音樂等，生成式AI的蓬勃發展不斷超越人們對AI的想像，專用AI加速處理器則是一種專為加速AI運算而設計的晶片，應用範圍包括智慧型手機、個人電腦、物聯網裝置以及資料中心等，滿足各種複雜的AI應用場景，對大規模數據處理和高效能計算的需求，顯著提升AI模型的運算速度和效率。

以光電整合為基礎的矽光子製造技術，能夠大幅提升資料傳輸速度並降低功耗，這對於建構高效能、又可靠的生成式AI系統至關重要。劉美君補充道，這些技術的進步不僅能提升運算效率，還能減少能源消耗和營運成本，進一步推動生成式AI在各行各業的廣泛應用，從而帶來更大的商業價值和市場機遇。

先進封裝　實現AI晶片效能的最後一哩路

除了IC設計產業，生成式AI時代扮演至關重要角色的另一技術，就是先進封裝。「先進封裝技術解決了性能與成本如何平衡的問題，是實現AI晶片高效運算的最後一哩路。」工研院產科國際所產業分析師張筠苡表示，隨著技術的發展，傳統的晶片製造技術已經無法滿足市場對於高效能的需求，透過異質整合的概念可將不同功能的晶片整合在一起，提高系統效能並降低功耗；而高階的封裝技術則藉由異質整合與矽中介層可顯著提升晶片性能與可靠性。2023年全球先進封裝市場規模約為537億美元，她認為2028年將成長至1,591億美元，年複合成長率高達24.3%。

張筠苡亦提到3D封裝與矽光子技術的發展前景。她指出，3D封裝技術透過將多個晶片垂直堆疊，可大幅度提高系統的運算效能和頻寬，並有效優化熱管理，主要應用於HPC、AI伺服器領域。其中3D封裝的無凸塊連接方式，可透過混合鍵合（Hybrid Bonding）技術，使用小型的銅對銅連接，可以實現更多接點數量。

而矽光子領域，其利用CMOS 技術，在矽晶片上進行光電通訊模組的整合，並以光取代電來傳輸訊號，從而大幅減少訊號損失和延遲，實現高效的光電轉換，對於資料中心等需要高速傳輸和低功耗的應用場景尤為重要。

此外，共封裝光學（CPO）技術藉由將光收發模組和交換器ASIC整合在同一個封裝基板上，消除長距離光纖傳輸的需求，能夠進一步提高訊號完整性和傳輸效率。目前，矽光子技術的發展以美國為龍頭，臺灣晶圓代工業者緊追在後。誰能在這場競賽中勝出，技術整合能力和市場應用速度將成為決勝關鍵。

展望未來　半導體產業的無限可能

談到半導體產業的未來展望，范哲豪認為，半導體產業正面臨著前所未有的機遇與挑戰，生成式AI不僅推動了伺服器需求的成長，也正在刺激個人電腦、智慧型手機、物聯網裝置在內，以及更多終端裝置的發展。見證AI應用多元化的同時，可預見半導體創新技術將持續被催生，讓整體產業保持強勁的增長勢頭。

「生成式AI將持續推動半導體產業的飛躍性成長，兩者之間形成相輔相成的良性循環。」范哲豪說，從異質整合到高效能封裝，再到矽光子技術和3D封裝，每一項技術的進步都在推動整個半導體產業向前邁進。未來，隨著更多創新技術的應用和市場需求釋放，半導體產業將繼續保持強勁的增長勢頭，商機不可限量。