3D堆疊的崛起

隨著製程微縮逐漸逼近物理極限，半導體產業長達數十年的摩爾定律正面臨效率遞減的挑戰。晶體管縮小已難以帶來等比例的效能提升，而AI、HPC與雲端資料中心對計算能力的需求卻不斷加速。尤其在大型語言模型與生成式AI帶動的新算力戰爭中，現有晶片架構已無法滿足日益膨脹的記憶體頻寬需求與資料傳輸密度。

在這樣的技術背景下，整合能力更強、資料傳輸距離更短、能效表現更好的 3D 堆疊技術成為新一代運算平台的關鍵基礎。台積電推出的SoIC（System on Integrated Chips）正是在這一波後摩爾定律時代浪潮中脫穎而出的技術，透過晶圓級的垂直鍵合方式，讓多顆晶粒得以在奈米級距離內互相連結，為未來十年的晶片設計格局奠定全新方向。

SoIC技術本質：以晶圓級堆疊重新定義晶片互連方式

SoIC的核心價值在於顛覆了傳統封裝的互連模式。過去晶片堆疊多依賴 micro-bump 進行接合，互連尺度以數十微米計算，因此無法進一步縮短訊號傳輸距離，也限制了頻寬提升。SoIC則採用晶圓對晶圓（WoW）與晶粒對晶圓（CoW）的直接鍵合，不需透過TSV，改以更微細的金屬柱實現近乎奈米等級的互連距離，使晶片之間的資料交換效率遠高於任何既有封裝方式。

這種超高密度的垂直互連不僅顯著降低延遲、提升頻寬，也讓能耗隨距離縮短而減少，使其成為目前最具能效優勢的3D IC技術。更重要的是，SoIC的堆疊並不侷限於相同製程或相同功能的晶粒。邏輯晶片、SRAM、AI加速模組、I/O 控制器，甚至射頻與感測元件都能以不同製程技術製作，再透過SoIC在同一垂直堆疊中整合。這項能力使得SoIC成為打造「功能模組化晶片」的基礎，讓chiplet架構的潛力得以最大化。

圖一 : 整合能力更強、資料傳輸距離更短、能效表現更好的3D堆疊技術成為新一代運算平台的關鍵基礎。

AI時代的需求推動 SoIC成為不可替代的核心技術

AI運算是驅動SoIC發展的最重要力量。以現今最先進的AI GPU為例，運算效能往往不受核心本身限制，而是受制於記憶體頻寬。隨著模型規模成長，AI晶片需要更多HBM、需要更寬的資料通道，且需要更接近核心的快取與專用模組。傳統2.5D CoWoS雖然能整合HBM，但其水平互連距離仍無法應對未來HBM4與HBM4E所帶來的I/O數量爆炸。

SoIC則能在更短距離內整合邏輯與記憶體，使頻寬密度大幅提升。垂直堆疊讓邏輯晶片上方可直接置入SRAM、AI加速核心或I/O擴充模組，使資料在不同功能區塊之間幾乎無延遲地流動。對於訓練模型的數據中心而言，這不只是效能提升，更代表能源使用效率的重大改善。在AI工廠營運成本逐年增加的背景下，SoIC 的能效優勢有機會直接影響企業營運模式。

SoIC與CoWoS的雙技術結合：TSMC 3D Fabric的完整佈局

台積電並未將SoIC視為單獨存在的技術，而是將其與CoWoS、InFO等整合成名為「TSMC 3D Fabric」的完整架構。這套佈局反映出未來晶片必須同時具備高密度堆疊與大面積互連的需求，因此需要不同封裝方式彼此緊密協作。

典型的未來 AI 晶片可能採用 SoIC 建構上層邏輯堆疊，例如將 AI 核心與 SRAM 直接垂直整合，同時再透過 CoWoS 與多顆 HBM 連結，形成上下兩層的封裝結構。這種混合架構能滿足高算力、高頻寬與大容量記憶體等多重需求，也讓 AI GPU 能以更高密度擴展效能。市場預期下一代 AI平台（如 NVIDIA Blackwell Ultra、AMD MI400、Intel Falcon Shores）都將更廣泛採用SoIC與CoWoS的結合。

全球競局：SoIC、Foveros、X-Cube 的三強對決

在 3D IC 技術快速崛起的同時，全球主要晶片製造商與封裝技術供應者也展開激烈競爭。Intel的Foveros是目前最成功量產的邏輯堆疊方案之一，運用於Meteor Lake與Lunar Lake等PC平台，強調將邏輯晶粒以高密度方式整合。然而Foveros仍依賴TSV與micro-bump，因此密度上不及SoIC。Samsung 推出的 X-Cube 則著重於記憶體堆疊，透過TSV與先進堆疊方式提升HPC與伺服器產品的效能。

相比之下，SoIC最大的強項在於TSV-free帶來的互連密度與能效表現，尤其在 AI 與高頻寬記憶體結合方面擁有顯著優勢。雖然三強策略不同，但3D IC技術戰的加速推進代表全球晶片製造正全面進入後摩爾定律時代，各家技術壁壘也將更加明顯。

圖二 : 3D小晶片堆疊架構示意圖

SoIC對台灣半導體生態系的深遠影響

SoIC的量產並不僅是台積電的技術突破，更將為台灣整個半導體供應鏈創造新的產業價值。3D IC技術對材料、設備與封測的要求遠高於傳統封裝，因此台灣相關企業勢必迎來新一波升級需求。例如晶圓鍵合設備、金屬柱成長製程、再布線層材料、散熱結構設計等技術，都將成為未來數年台灣供應鏈競爭力的重要基礎。

此外，封測產業也不再只是製程後段的延伸，而必須與晶片設計、製造等前段流程緊密合作。日月光（ASE）、力成科技（SPIL）等台灣封測大廠若能成功導入3D堆疊相關能力，其在全球供應鏈中的角色將更具戰略意義。綜觀整體趨勢，SoIC 將成為台灣半導體下一個黃金十年的核心驅動力。

展望未來：以SoIC為核心的立體運算架構正在成形

SoIC帶來的影響不僅限於封裝層面，它正推動整個晶片設計邁向立體化。未來晶片將不再以平面為主，而是從功能區塊、資料流向到散熱設計都以3D規劃。EDA工具必須進化，設計師也需掌握新的電性、熱性與可靠度模型。系統架構也將從單層邏輯演進到多層功能堆疊，使晶片能以更優化方式處理AI、影像、網路與感測等多樣任務。

此外，隨著chiplet成為主流，SoIC會讓不同製程、不同IP、不同設計公司的晶粒得以整合，進一步提升晶片模組化與生態系合作的可能性。這種自由度將加速產業創新，並讓晶片不再受限於單一供應商的製程節奏，而是透過多方整合建立新的競爭優勢。

結語

3D 小晶片堆疊技術（SoIC）不只是台積電的製程突破，更是全球運算架構的一場深刻革命。它是一個新時代的分水嶺，一個讓晶片從平面走向立體、從單模塊走向多層堆疊的核心技術。未來 AI、HPC、車用電子、邊緣運算與行動裝置的效能極限，都將由 SoIC 所重新定義。而在這場競賽中，台灣擁有完整的供應鏈優勢，也因此站在全球半導體產業轉型的最前線。未來 AI、HPC、車用電子、邊緣運算與行動裝置的效能極限，都將由 SoIC 所重新定義。而在這場競賽中，台灣擁有完整的供應鏈優勢，也因此站在全球半導體產業轉型的最前線。

SoIC不僅象徵後摩爾定律時代的技術方向，也代表台灣在全球技術競局中持續領先的關鍵力量。當全球算力需求加速成長，SoIC 將是推動未來十年半導體產業變革的核心引擎。