生活中不論是手機、電腦還是資料中心的伺服器，其中的數據都仰賴半導體晶片進行運算，過去十幾年晶片效能都靠著半導體製程的改進而成長：透過更先進的製造工藝，在相同單位面積的晶片上刻置入更多的電晶體，藉此在體積不增加的前提下提升晶片的效能與功耗表現。
當半導體先進製程邁入 7奈米(nm) ，展望 5nm ，電晶體大小不斷接近原子的物理體積限制，電子及物理的限制也讓先進製程的持續微縮與升級難度越來越高，而為了要跳脫瓶頸，投資在研發的成本也隨之呈跳躍式的成長，使得晶片的效能陷入成長趨緩的態勢，許多分析師甚至因此認定半導體業不久即將面臨成長瓶頸，過去被認為堅不可摧的「摩爾定律」也即將告終。
事實上，業界早已轉向尋找其他的可能性，解決辦法就是從晶片的布局設計著手，例如將原先單層的晶片朝向多層晶片堆疊發展，也就是廣義上的「3D 晶片設計」，例如英特爾（Intel）便發展出「Foveros 架構」：將 CPU 、 GPU 、記憶體以及連接介面進行三維堆疊，能更有效率利用空間，讓晶片在同樣的效能下，有更小的體積並消耗更少的電力。
另一方面，台積電也在今年完成了首顆 3D 晶片的封裝作業── 長遠而言，發展多維度的晶片設計架構已經成為趨勢，全球半導體產業致力尋找後摩爾定律時代的突破口，而除了單純從平面到3D的晶片設計，產業界也正積極從其他方式著手提升晶片效能，其中「異質整合路線圖（Heterogeneous Integration Roadmap）」是最受關注的一項發展方向。
異質整合技術：從同質多晶片到異質多晶片封裝
所謂的「異質整合（Heterogeneous Integration）」，定義上是透過 2.5D 及 3D 等多維度空間設計，將多個不同性質的電子元件整合進單系統級封裝中（System in Package, SiP），不像過去封裝個別的晶粒而成單一功能的IC，當「異質整合」成為產業技術的主流趨勢，封裝範圍已不僅限個別晶粒（Die），還包括微機電系統（MEMS）、被動元件、獨立晶片及多項電子系統，成品為一個具體而微的多功能高階晶片。
舉個例子，高通的驍龍行動處理器（Snapdragon）是一種系統單晶片（System on Chip, SoC），以 2D 或是 2.5 D 的架構整合了多項數位微處理器，像是 CPU 、 GPU 、 RAM 以及 Modem ，成功縮小晶片組的體積，達到智慧型手機對體積的嚴苛要求，但整合範圍僅限同性質的數位訊號晶片，單一晶片僅有數位運算功能。
「異質整合」則進一步擴大整合的範圍：除了數位訊號晶片，還將封裝範圍延伸到不同性質的類比晶片與微電子系統，包含光源感測器、微機電麥克風、射頻天線、生物感測器等晶片元件都被包進同一個封裝單位，讓單一晶片本身便具有運算、光感測、收音、錄音、通訊與生物辨識等多項功能。
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賦予單一晶片多功能與體積優勢
為何異質整合特別？ 智慧型手機為因應消費者需求需同時具備多項功能，因此需要大面積的主機板連結多個晶片，才能組成一支正常運作的手機，而整個主機板就占據手機 40% 以上的面積，導致智慧型手機的尺寸很難再趨輕薄短小。
透過「異質整合」，不須透過主機板連接多項電子元件，多種不同性質的元件都能被封裝成「單一晶片」，不但能縮減大量的體積，還能依照不同應用場域的需求擴充晶片的功能，例如同時將數位晶片、類比晶片、感測器以及天線等異質元件透過整合成為單一晶片，這個集合晶片能獨立執行多項功能，晶片之間的物理距離減少也會降低訊號傳輸的耗電量與延遲時間，一次滿足省電節能與效率提升的需求。
一般而言，科技產業向來是「商業應用」帶動「硬體發展」，隨著數據時代來臨， 5G、物聯網、量子電腦、人工智慧等科技應用正推高運算效能的門檻，除了滿足數據的採集、分析與運算的需求之外，晶片設計上也必須依據領域不同而提高調整彈性。
舉例來說，物聯網晶片的工作環境複雜，需要在各式各樣難以維護的環境下長時間運作，必須使用多功能且高效能的晶片進行數據採集與邊緣計算，低功耗以及通訊的穩定度這時就顯得相當重要，如果晶片設計公司可以透過精進「異質整合技術」，成功在維持高良率的前提下整合多項不同晶片來擴充單一晶片功能，便能打造出體積小、效能高、在各種場景的終端應用皆能發揮強大功能的單一晶片。
步入後摩爾定律時代，未來半導體產業不只追求製程上的持續微縮，，更在體積、耗能與數據運算架構的設計上都需要進一步的突破，而「異質整合技術」正帶領著產業探索晶片架構、運算效率，以及負載功能的全新可能性。
隨摩爾定律推進即將放緩，異質整合技術將帶領半導體產業邁入下一個成長高峰，今年 SEMICON Taiwan 國際半導體展從IC設計、記憶體、先進封裝、材料及先進測試等多元面向，規劃一系列主題展區及活動，帶你了解最全面的異質整合技術趨勢。除「異質整合創新技術館」有日月光等半導體領導大廠展出最新異質整合技術應用外，年度最重要半導體先進封裝技術論壇—「SiP 系統級封測國際高峰論壇」，以及首次在台灣舉辦的「SMC 策略材料論壇」將分別在9月17日-9月20日陸續登場，探討異質整合的先進封裝型態如何驅動更強大的5G及AI多元應用，以及新興材料將在半導體製程愈來愈複雜的今天扮演什麼樣的重要角色。查看詳細議程及講師陣容
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