本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自sourceability
随着市场跟上人工智能应用的日益增长，半导体行业将在2025年在功率元件、先进封装和HBM方面取得突破。
在准备进入 2025 年之际，技术继续以前所未有的速度发展。随着科技行业的变化，半导体行业也在发生变化，该行业正在转型以支持新的应用。由于半导体一直是技术创新的核心，电子元件的创新对于驱动下一代智能手机和人工智能 (AI) 至关重要。
随着不同行业领域出现新趋势，全球市场将在未来一年和十年内发生重大转变。这些趋势将影响半导体的设计方式以及它们需要哪些功能来帮助新产品在技术领域具有竞争力。
人工智能，作为当今科技领域的王者，将在 2025 年及未来几年继续塑造电子元件供应链。
人工智能助力HBM定制化兴起
人工智能的快速发展是过去两年半导体创新最重要的驱动力之一。在整个 2025 年，人工智能将继续融入更广泛的设备中，例如 2024 年底推出的 PC。特定组件领域对定制的需求日益增长，引起了整个半导体行业的兴趣。
例如，Nvidia、Intel和AMD一直负责设计以 AI 为中心的处理器，包括 GPU 和 CPU。这些组件专门针对自然语言处理、深度学习和生成响应进行了优化。在未来几年，我们可以期待这些组件实现创新，采用更具创新性的神经形态设计，模仿类似人类大脑的功能。
然而，去年人们对高带宽内存 (HBM) 的关注度不断提高，因为它的功能使其成为大型语言模型 (LLM) 开发人员的热门选择。由于供应越来越紧张，制造商投入了更多产能和资源来开发 HBM，从而带来了新的定制化需求。
三星半导体副总裁兼 DRAM 产品规划主管 Indong Kim 讨论了 HBM 在 AI 应用领域的能力所带来的新发展。
Kim 表示：“HBM 架构正在掀起一股大浪潮——定制 HBM。AI 基础设施的激增需要极高的效率和横向扩展能力，我们与主要客户达成了一致，即基于 HBM 的 AI 定制将是关键的一步。PPA——功率、性能和面积是 AI 解决方案的关键，而定制将在 PPA 方面提供巨大的价值。”
SK海力士、三星电子和美光科技是HBM的三大制造商，它们正在探索提高其性能和处理速度的新方法。
三星和美光“在每个凸块层面上都采用了非导电薄膜（NCF）和热压键合（TCB）”，而 SK 海力士则“继续采用倒装芯片大规模回流工艺的模塑底部填充（MR-MUF），该工艺只需一步即可将堆栈密封在高导电性模塑材料中。”
随着越来越多的人工智能处理转移到边缘（更靠近数据源），为边缘设备设计的半导体将需要更节能、更快，并能够处理复杂的人工智能工作负载。这一趋势需要低功耗、高性能芯片的创新，尤其是对于智能相机、物联网设备和自动无人机等应用。
先进封装将成为芯片创新的下一阶段
除人工智能外，开发新的先进封装工艺已成为 2024 年的热门话题之一。半导体行业正在面临摩尔定律的终结，摩尔定律即“集成电路上晶体管的数量每两年翻一番，而成本上升幅度很小”。
随着节点尺寸越来越小，OCM 正在探索通过封装提高芯片性能的其他选择。Nvidia 一直在利用台积电的先进封装能力来帮助提高芯片性能。这是通过台积电的晶圆基板芯片 (CoWoS) 实现的，它可以提高性能、减少占用空间并提高能效。
CoWoS 通过在单个基板上堆叠芯片来促进半导体创新。现在先进节点已接近单个纳米尺寸，芯片堆叠开发是半导体能力的下一个尝试。CoWoS 技术的优势及其快速扩展的能力确保了其在大规模生产中的广泛应用。
这些方面极大地有利于人工智能应用日益增长的需求，包括生成和大型语言模型 (LLM)。台积电计划在扩大其全球业务的同时，提高其先进封装业务的产能。据传，台积电计划在美国和日本建立新的 CoWoS 先进封装工厂，以满足这一日益增长的需求。
该战略背后的主要动机是人工智能应用对 Nvidia 芯片的需求日益增长。
同样，CoWoS 技术的小尺寸有助于在散热器和轴流风扇设计等先进冷却解决方案中实现更高效的热管理。随着数据中心的扩张以满足日益增长的 AI 使用，这可能会导致对先进封装应用的需求增加。
据研究，CoWoS 技术的持续集成将帮助 OCM 突破芯片封装的传统限制，通过提高性能和增强互连性来改善应用。同样，内存（尤其是 DRAM 和 NAND 闪存）中 3D 堆叠的使用量也将在 2025 年增长，以更好地支持 AI 应用。
数据中心的增长将推动电源组件需求激增
随着人工智能不断融入不同的业务和市场领域，数据中心承载这些信息的需求也在不断增加。随着人工智能需求的增加，数据中心行业很快遇到了一个重大问题，主要是因为电力或空间根本不够。
在 CNBC 的一份报告中，专家警告称，人工智能应用对电力的需求不断增长，其潜在增长潜力巨大，以至于单个数据中心的用电量可能比一些大城市甚至整个美国州都要多。
人工智能的高需求导致零部件产能下降，导致定制冷却系统的交货时间比几年前延长了 5 倍以上。甚至备用发电机的交货时间也超过了通常的一个月到两年。
自人工智能爆发以来，电力和能源已成为最突出的短缺领域之一。过去几年，电气化工作进一步加剧了对电力的需求。电网是每个国家经济、国家安全以及社区健康和安全的支柱，由于众多行业的需求不断增长，电网的稳定性变得越来越脆弱。
各国电网大多已有数十年历史，使用寿命为 50-80 年，即将结束。电网老化导致其更容易受到停电、网络攻击或社区紧急情况的影响。普林斯顿大学教授杰西·詹金斯 (Jesse Jenkins) 表示，2030 年的电力需求可能比 2021 年高出 14%-19%。
21 世纪的电网必须满足不断增长的电力需求，为电动汽车、热泵、工业电气化和氢电解提供动力，并且需要延伸到该国的新地区，以利用最佳的风能和太阳能资源。这两个因素意味着我们需要一个更大的电网和更多的长距离传输。
这个问题正在推动电源元件行业的新发展。高效电源转换器将利用比传统硅基元件更高效的新材料，帮助减少数据中心的能源损耗。这些材料包括碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 元件，它们具有更高的击穿电压、更快的开关速度、更高的功率密度和更小的尺寸。
Wolfspeed、意法半导体和英飞凌是三家生产 SiC 和/或 GaN 元件的公司。Wolfspeed 是 SiC 技术的领导者之一，一直致力于扩大其全球影响力并提高全球生产能力。同样，GaN 曾经是一种仅用于航空航天和国防应用的元件，现在越来越多地用于通信和数据中心。
同样，这些组件由于其功率效率高，可以帮助半导体行业比传统硅组件更快地实现可持续发展目标，最终减少电力需求。SiC 和 GaN 组件的排放量也低于传统硅，可将最终产品的排放量减少高达 30%。
这将是未来数据中心建设的必由之路，因为数据中心对电力的需求巨大，可能会增加碳排放。
半导体行业正在突破创新界限
随着 2025 年的临近，由于人工智能推动了半导体格局的变革，半导体行业将在塑造技术未来方面发挥更加关键的作用。HBM 定制、先进封装和功率元件创新将是 2025 年的少数趋势之一。为了应对这些挑战，半导体公司必须投资于尖端材料、新制造工艺和创新芯片架构。
全球电子元件分销商必须依靠其特许经营合作伙伴关系、全球供应商网络和市场情报工具来帮助客户采购这些即将上市的元件。随着半导体行业适应这些趋势，它将继续成为决定未来十年的技术突破的关键推动因素。
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