AIアクセラレーター向け2.5Dおよび3D ICパッケージング市場 - 規模・シェア分析 - 成長トレンドおよび予測（2026年～2031年）

AIアクセラレーター向けグローバル2.5Dおよび3D ICパッケージング市場のトレンドとインサイト

ファンデーションモデルにおけるトレーニングコンピュート要件の爆発的増大

トレーニングの実行は現在10²⁵フロート演算を超え、2020年のベンチマークの100倍に達しています。OpenAIはGPT-4のために25,000台のNVIDIA A100 GPUを必要とし、Metaの4,050億パラメーターのLlama 3.1は16,000台以上のH100Sを消費しました。^{[1]Meta AI、「Llama 3.1の紹介」、ai.meta.com} これらのクラスターはテンソルコアが完全に活用される前にHBM3E帯域幅を飽和させるため、アーキテクトは10 TB/sのダイ間帯域幅を提供するCoWoS-Lのような2.5Dインターポーザーの採用を余儀なくされています。デュアルダイGPUはまた、サプライヤーが部分的に歩留まりの低いタイルを活用できるようにし、全体的なウェーハ経済性を向上させます。研究者が2027年までに10兆パラメーターモデルを目指す中、パッケージングは帯域幅と電力供給の需要を満たすための主要なレバーであり続けるでしょう。

クラウドデータセンターにおけるAIアクセラレーターの急速なリフレシュサイクル

ハイパースケーラーはアクセラレーターのリフレッシュ間隔を2年から1年に短縮しています。Microsoftは2025年後半にMaia 200をAzure全体に展開し、Googleは2025年にTPU v8の量産出荷を開始し、AWSは2024年にTrainium 2を発表しました。各SKUは、ロジック、メモリ、アナログI/Oダイを単一のフットプリントに混在させるパッケージングを必要とします。レイテンシに敏感な推論バリアントは垂直スタッキングをますます好むようになり、サプライヤーをハイブリッドボンディングへと誘導しています。CoWoSラインのリードタイムは6～9ヶ月であるため、長期的なファウンドリーアライアンスが割り当てにおいて決定的な役割を果たします。

主要ファウンドリーのヘテロジニアスインテグレーションロードマップ

ファウンドリーは現在、リソグラフィノードと並んでパッケージングノードを市場に提供しています。TSMCはCoWoS-S、CoWoS-L、CoWoS-Rを3DFabricブランドのもとにまとめ、2026年末までに月産15万枚へと能力を引き上げています。IntelのFoveros Directはハイブリッドボンディングで10 µmバンプピッチを実現し、パッケージ厚を30%削減し、寄生容量を40%低減します。SamsungのI-Cubeシリーズはモジュール式バリアントを提供し、ファブレス設計者の参入障壁を下げています。標準化されたUCIe 2.0リンクにより、設計者は複数のベンダーのチップレットを混在させることができ、より広範なヘテロジニアスインテグレーションを促進しています。

先端パッケージング能力拡大に向けた政府資金援助

米国のCHIPSおよび科学法は、パッケージングおよび基板のみに16 ビリオン 米ドルを確保しており、Absolics、Applied Materials、アリゾナ州立大学が初期の助成金受給者に含まれています。日本はTSMCの熊本サイト拡張に9,200 ビリオン 日本円（63 ビリオン 米ドル）を拠出し、韓国はSamsungとSK hynixに向けて26兆韓国ウォン（194 ビリオン 米ドル）のパッケージを展開しました。これらの補助金は地理的リスクを分散させ、サプライチェーンを短縮しますが、地域的な人材獲得競争も激化させています。

8段積みHBMスタックを超えた歩留まり管理の課題

SK hynixの12段積みHBM3Eはパッケージあたり36 GBをもたらしますが、1 µm未満のアライメント許容差とリフロー時の50 µmを超えるワーページに直面し、歩留まりが50%台前半に低下しています。^{[2]SK hynix News、「業界初の12段積みHBM3E」、news.skhynix.com} Samsungは2026年にHBM4向けハイブリッドボンディングで対抗する計画ですが、そのプロセスは表面粗さの仕様をサブナノメートルレベルに厳格化し、微粒子感度を高めます。TSMCのCoWoS-Lの歩留まりは8段積みで70～80%に達しますが、12段積みでは50%を下回り、機能するパッケージあたりのコストが2倍になります。バックイド電力供給と新しいアンダーフィル化学が成熟するまで、大容量スタックはコスト面での課題が続くでしょう。

サブ10 µmマイクロバンプサプライチェーンの準備不足

Applied MaterialsのEndura Copper Barrier Seedシステムは5 µmピッチを目標としていますが、12ヶ月のリードタイムで限られた数量しか出荷されていません。Tokyo ElectronのTeliosリソグラフィツールおよびKLAのLS-9800検査プラットフォームは8桁の価格タグと9ヶ月の納期を伴います。これらの購入を資金調達できるOSATは少なく、TSMC、Samsung、Intelが18ヶ月のリードを享受しています。供給不足はハイブリッドボンディングの立ち上げを遅らせ、CoWoSの日次レートを高止まりさせ、二次サプライヤーを圧迫しています。

*当社の予測では、推進要因および抑制要因の影響を加算的ではなく方向性のあるものとして扱います。影響予測は、ベースライン成長、構成効果、および変数間の相互作用を反映しています。

セグメント分析

パッケージング技術別：3Dが勢いを増す中で2.5Dが優位を維持

2.5D ICパッケージングは2025年の収益の88%を占め、NVIDIA Blackwell GPUへのCoWoS出荷に支えられています。2.5Dソリューションの2.5Dおよび3D ICパッケージング市場規模は、最大8つのHBMスタックとロジックタイルを統合するマルチレチクルシリコンインターポーザーによって支えられています。それでも、3D ICパッケージングはCAGR 32.49%で成長すると予測されており、垂直スタッキングが信号経路を90%短縮し、バックサイド電力供給を可能にします。IntelのMeteor LakeプロセッサーはPowerVia対応Foveros Directにより20%のエネルギー削減を示し、SamsungのX-Cubeロードマップはそのパフォーマンスに匹敵します。今後5年間で、エッジでのAI推論と500 W未満の熱バジェットにより、設計者はフットプリントとレイテンシを最小化する3Dトポロジーへと移行するでしょう。

採用の障壁は依然として存在します。3Dアセンブリは各層での既知良品ダイテストとより厳密なウェーハ間アライメントを必要とし、2.5Dインターポーザーボンディングと比較してスループットが低下します。4つ以上のアクティブロジック層を持つスタックでは歩留まりの低下が続いていますが、サプライヤーはダイ設計、ウェーハ薄化、熱圧縮ステップを共同最適化してライン生産性を向上させています。これらの課題が解消されるにつれ、全体的な2.5Dおよび3D ICパッケージング市場における3Dのシェアは2031年までに倍増する見込みであり、メモリバウンドのトレーニングGPUには大きな横方向面積が必要なため、2.5Dインターポーザーが引き続き主流を占めるでしょう。

パッケージングプラットフォーム別：FoverosおよびEMIBの拡大の中でCoWoSが優位を維持

CoWoSは2025年に69%の市場シェアを確保し、NVIDIA、AMD、および複数のハイパースケーラーカスタムチップによって牽引されました。CoWoSが占める2.5Dおよび3D ICパッケージング市場シェアは、早期の学習曲線上の優位性とTSMCの4 nmおよび3 nmノードとのフロントエンド統合を反映しています。しかし、IntelのEMIBおよびFoverosラインはCAGR 32.89%を記録しており、Gaudi 3、Ponte Vecchio、および外部ファウンドリー顧客に支えられています。EMIBはオーガニックラミネート内にシリコンブリッジを埋め込み、フルエリアインターポーザーと比較してパッケージコストを40%削減します。Foverosは10 µmピッチでダイをスタックし、リ秒の応答性を重視する推論ワークロードのレイテンシを削減します。

SamsungのI-CubeはモジュールH-Cube、S-Cube、X-Cubeバリアントを導入し、韓国企業をメモリ中心設計における強力な代替として位置づけています。Amkor SWIFTやASE FOCoSなどのOSATオファリングは、パッケージ厚と部品表コストが絶対的な帯域幅よりも重視されるコスト重視のエッジAI市場をターゲットにしています。時間の経過とともに、プラットフォームの多様化により設計者はインターポーザー、ブリッジ、ファンアウトモダリティを組み合わせ、ワークロードのニーズを満たす最低コストのアーキテクチャを選択できるようになるでしょう。

アプリケーション別：トレーニングが主導し、推論が加速

AIトレーニングアクセラレーターは2025年の収益の57%を占め、ハイパースケーラーがファンデーションモデルクラスターへの設備投資を注ぎ込みました。10 TB/s帯域幅を持つCoWoS-Lパッケージは、1兆パラメーターを超えるモデルにとって今や必須条件となっています。しかし、推論アクセラレーターはCAGR 32.77%で成長する見込みであり、ChatGPTのようなサービスの収益化と自律走行車および産業用IoTにおけるエッジ展開の台頭によって牽引されています。推論に関連する2.5Dおよび3D ICパッケージング市場規模は、電力エンベロープが縮小しレイテンシ目標が厳格化するにつれて拡大し、3Dスタックドロジックメモリ設計に優位性をもたらすでしょう。

高性能コンピューティング（HPC）アクセラレーターは市場の比較的小さな部分を占めていますが、イノベーションの重要なプラットフォームとして機能し続けています。2.5Dインターポーザー上に256 GBのHBM3Eメモリを搭載したAMDのMI325XやIntelのPonte Vecchio（47タイルで構成）などの製品は、トレーニング、推論、HPC設計要件を統合するハイブリッドアプローチを例示しています。これらの技術は、異なるアプリケーション間でのアイデアと進歩の相互交流を可能にします。さらに、熱管理や歩留まり制御などの分野からの知見がセグメント間で共有され、業界内の学習と開発サイクルを大幅に加速させています。

注記: 個別セグメントのシェアはレポート購入後に入手可能です

エンドユーザー別：ハイパースケーラーが優位を維持し、エンタープライズが追い上げ

ハイパースケーラーおよびクラウドプロバイダーは2025年の需要の73%を占め、垂直統合と長期的なCoWoS割り当てを確保する潤沢な資金力によって支えられています。2.5Dおよび3D ICパッケージング市場は依然として能力制約を受けており、TSMCのラインは2026年まで予約済みで、小規模な顧客はスロットの確保に苦労しています。それでも、データ主権規制と総所有コストの計算がプライベートクラウドおよびオンプレミス展開を後押しするため、エンタープライズAIインフラはCAGR 32.91%を記録すると予測されています。DellとHewlett-Packard Enterpriseは現在、液冷MI300およびH100ノードをバンドルし、非ハイパースケーラーの購入者の採用障壁を下げています。

研究機関および政府HPCセンターは高性能コンピューティングの状況を多様化することに貢献していますが、その調達サイクルは他のセクターよりも長い傾向があります。注目すべき例として、オークリッジ国立研究所のFrontierとアルゴンヌ国立研究所のAuroraがあり、いずれも2.5Dパッケージ化GPUを使用してエクサスケールコンピューティング能力を達成しています。これらのシステムは、世界中の政府支援による人工知能（AI）イニシアチブの重要なベンチマークとして機能し、先進的なHPC技術がイノベーションを推進し大規模な計算ニーズを支援する可能性を示しています。

地域分析

アジア太平洋は2025年の収益の65%を獲得し、台湾のCoWoS技術における優位性と韓国のHBM生産におけるリーダーシップによって牽引されました。TSMCは2026年にかけて520 ビリオン 米ドルから560 ビリオン 米ドルの設備投資を行い、月産15万枚のCoWoSウェーハの生産能力達成を計画しています。一方、Samsungは2026年に730 ビリオン 米ドルという記録的な設備投資計画を発表し、その相当部分がハイブリッドボンディングHBM4生産ラインに充てられます。さらに、日本はTSMCの熊本サイトに9,200 ビリオン 日本円（63 ビリオン 米ドル）の補助金を提供し、アジアに第2の主要拠点を確立し、単一の地理的場所への依存を低減しています。

北米はCAGR 33.09%で最も急成長する地域になると予測されています。この成長は、CHIPSおよび科学法によるパッケージング補助金16 ビリオン 米ドルと、FoverosやEMIBなどの先端バックエンド技術とフロントエンドリソグラフィを統合するIntelのオハイオ製造複合施設によって牽引されています。^{[3]Intel、「オハイオ最先端チップ工場」、intel.com} さらに、Applied Materialsのカリフォルニア州サニーベールの新研究センターとAbsolicsのジョージア州のガラス基板製造施設が、地域内の重要材料サプライチェーンの合理化に貢献しています。

欧州の市場シェアは比較的小さいままですが、430 ビリオン ユーロ470 ビリオン 米ドル）の欧州チップス法がドイツとフランスのパイロットパッケージングラインの開発を支援しています。対照的に、南米、中東、アフリカは遅れをとっていますが、自動車および産業用チップの生産を支援するOSATパートナーシップを積極的に追求しています。ブラジルのCeitecやUAEのMubadala支援ベンチャーなどの初期イニシアチブは進展を見せていますが、大規模なインターポーザー製造能力は2031年まで引き続きアジアと北米に集中すると予想されています。