엔비디아가 쓸어갔다…AI 칩 생산 막는 ‘숨은 병목’ 정체

AI 반도체 확산 과정에서 첨단 패키징 부족이 새로운 공급망 병목으로 부상하고 있다. [사진: 셔터스톡]

[디지털투데이 AI리포터] 인공지능(AI) 반도체 공급망의 다음 병목으로 첨단 패키징이 떠오르고 있다.

8일(현지시간) CNBC에 따르면, 미국에서 생산된 최첨단 칩조차 최종 패키징을 위해 대만으로 보내야 하는 구조가 이어지면서 생산능력 부족이 AI 칩 확산의 제약 요인으로 부상했다. 현재 첨단 패키징 물량 대부분은 아시아에 집중돼 있으며, 특히 TSMC와 인텔이 설비 확대에 속도를 내고 있다.

첨단 패키징은 반도체 칩을 외부 기기와 연결 가능한 형태로 조립하는 공정이다. AI 확산으로 GPU 등 고성능 칩 구조가 복잡해지면서 중요성이 크게 커졌다. 과거에는 개별 다이를 별도로 패키징 했지만, 최근에는 연산 칩과 고대역폭메모리(HBM) 등 여러 다이를 하나의 칩처럼 통합하는 방식으로 발전하고 있다.

핵심 기술로는 TSMC의 칩온웨이퍼온기판(CoWoS)이 주목받는다. 이는 칩과 HBM을 촘촘하게 연결해 메모리 병목을 줄이는 2.5D 패키징 기술이다. 폴 루소 TSMC 북미 패키징 책임자는 관련 수요가 크게 증가하고 있으며 CoWoS가 연평균 약 80% 성장하고 있다고 밝혔다. 이 기술을 통해 HBM을 연산 칩 인접 위치에 효율적으로 배치할 수 있다는 설명이다.

문제는 공급능력이다. 엔비디아가 TSMC의 최첨단 CoWoS 생산능력 대부분을 선점한 것으로 알려지면서, 다른 고객사들이 확보할 수 있는 물량은 더 줄어든 상태다.

이 같은 공급 제약은 생산 전략에도 영향을 미치고 있다. TSMC는 일부 공정을 ASE와 앰코에 위탁하고, 대만과 미국 애리조나에 패키징 시설을 확충하고 있다. 다만 애리조나 시설의 완공 시점은 공개되지 않았다. 현재 애리조나 피닉스에서 생산된 칩도 대부분 대만에서 패키징 된다.

인텔 역시 첨단 패키징에서 TSMC와 경쟁 가능한 기술력을 보유한 것으로 평가된다. 인텔은 아마존과 시스코를 고객으로 확보했으며, 패키징 물량 상당수는 베트남·말레이시아·중국에서 처리하고 있다. 미국 뉴멕시코·오리건·애리조나 챈들러에서도 일부 첨단 공정을 수행 중이다. 일론 머스크는 스페이스X, xAI, 테슬라용 맞춤형 칩 생산을 위해 인텔을 패키징 파트너로 선택했다.

패키징 기술은 단순 미세화 경쟁을 넘어 칩을 입체적으로 통합하는 방향으로 발전하고 있다. TSMC는 SoIC, 인텔은 포베로스 다이렉트 등 3D 패키징 기술을 개발 중이다. 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론도 HBM 생산에 3D 패키징 기술을 적용하고 있다.