AI반도체 다음 전장은 '최첨단 패키징'

반도체 INSIGHT

GPU·HBM 등 연결하는 핵심공정
AI기업, 확보전 치열

TSMC 올해 11조원 투자
삼성도 구글·아마존 타깃 '반격'

매년 12월이 되면 엔비디아, 브로드컴 등 인공지능(AI) 반도체 기업 고위 임원은 대만 신주공업단지에 있는 TSMC 본사로 집결한다. 그래픽처리장치(GPU), 고대역폭메모리(HBM) 등을 한데 묶어 AI 가속기를 만드는 TSMC의 ‘최첨단 패키징’ 생산라인을 하나라도 더 배정받기 위해서다. ‘CoWoS’(칩온웨이퍼온서브스트레이트)로 불리는 이 라인을 얼마나 확보하느냐에 따라 이듬해 AI 가속기 생산량이 결정되기 때문이다. 구글이 올해 자체 개발한 AI 가속기인 텐서처리장치(TPU) 생산량을 당초 목표(400만 개)보다 100만 개 낮춰 잡은 것도 CoWoS 확보전에서 엔비디아에 밀렸기 때문이다.

GPU, HBM 등 고성능 반도체를 ‘실리콘 인터포저’라는 특수 소재 위에 올려 마치 하나의 칩처럼 매끄럽게 작동하게 하는 ‘최첨단 패키징’이 올해 AI 반도체 시장의 패권을 가를 승부처로 떠올랐다. 회로 폭을 1나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m)대로 좁혀 작은 칩 하나에 여러 기능을 담는 초미세 공정이 기술적 한계에 다다르자, 반도체 기업이 여러 칩을 연결해 단일 칩처럼 구동하게 해주는 최첨단 패키징으로 눈을 돌리고 있어서다.

이에 따라 지난해 430억달러(약 62조원)였던 관련 시장은 2028년 643억달러(약 93조원)로 커질 것으로 전망된다. 현재 최첨단 패키징 시장은 TSMC 독주체제다. GPU와 HBM을 확보해도 TSMC의 CoWoS 라인을 충분히 배정받지 못해 AI 가속기를 제때 생산하지 못하는 상황이 반복될 정도다. TSMC는 엔비디아, AMD, 브로드컴 등의 거듭된 요구에 올해 75억달러(약 10조8500억원)를 들여 최첨단 패키징 생산능력을 대폭 키우기로 했다. 역대 최대 규모다.

삼성전자도 최첨단 패키징을 HBM의 뒤를 잇는 승부처로 보고 관련 사업을 강화하고 있다. 엔비디아에 밀려 CoWoS 라인을 충분하게 확보하지 못한 구글, AMD, 아마존 등을 대상으로 최첨단 패키징을 D램 및 파운드리와 묶어 ‘턴키’로 제공하는 마케팅을 하는 것으로 알려졌다.

황정수/강해령 기자 hjs@hankyung.com