엔비디아 vs 주문형 반도체…첨단 패키징에 승패 달렸다

구글 TPU 흥행에도…첨단 패키징 '병목'

추가 증설에…엔비디아가 60% 이상 선점

대안 찾기도…인텔·삼성전자, 기회 잡을까

[서울=뉴시스]구글이 지난주 발표한 새 인공지능 제미니3를 상징하는 도형. (출처=구글 블로그) 2025.11.25.  *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]이인준 기자 = 인공지능(AI) 반도체 시장의 '절대 강자' 엔비디아와 이에 도전하는 빅테크 진영의 주문형 반도체(ASIC) 경쟁이 치열해지는 가운데, 이 승패를 가를 변수는 '첨단 패키징(Advanced Packaging) '이라는 진단이다.

첨단 패키징이 생산 능력을 가를 핵심이기 때문이다.

현재 엔비디아 H100·H200 등 GPU(그래픽처리장치) 기반 범용 AI 반도체는 물론, 구글 텐서프로세서유닛(TPU) 등 주요 AI 가속기는 TSMC에서 제조한다.

5일 업계에 따르면 AI 반도체 시장의 최대 병목은 TSMC의 칩온웨이퍼서브스트레이트(CoWoS·Chip-on-Wafer-on-Substrate)다.

이 기술은 하나의 기판에 여러 칩을 쌓는 기술로, 칩 간 데이터 전송 거리를 획기적으로 줄여 성능을 극대화한다. 현재 AI 칩의 성능이 CoWoS에 달렸다는 평가가 나올 정도로 필수 공정이다.

하지만 몰려드는 수요를 감당할 수 없는 상황이다.

올해 말 기준 TSMC의 CoWoS 월간 생산량은 7만장 수준으로 추정된다. 올 초 CoWoS 월 4만장 수준이었는데 연말까지 2배 수준이 되는 것이다.

그럼에도 수요 대비 생산능력은 부족한 상황이다.

업계에 따르면 모건스탠리는 최근 생성형 AI '제미나이3.0' 흥행을 일으킨 구글의 자체 칩 TPU의 내년 생산 전망치를 400만대 수준으로 추정했는데, 이 목표를 달성하려면 첨단 패키징 생산능력이 뒷받침 돼야 한다.

TSMC는 내년 말까지 생산능력을 월 12만장 수준으로 늘릴 계획이지만, 엔비디아와 확보 경쟁이 불가피하다. 엔비디아는 내년 CoWoS 물량의 60% 이상을 예약한 것으로 알려졌다. 이에 TSMC는 2027년 말까지 월 14만장 수준으로 추가 증설할 것으로 추정된다.

상황이 이렇다 보니 첨단 패키징 공정에서 TSMC의 대안으로 인텔과 삼성전자가 주목받고 있다.

시장조사업체 트렌드포스는 일부 빅테크가 TSMC의 생산능력 제한과 비용 이점 등으로 인텔의 첨단 패키징 기술인 'EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)'를 사용하는 방안을 검토 중이라고 전했다.

업계에 따르면 인텔 기술은 구조가 단순하고, 비용 효율적인 것으로 알려졌다. 이 업체에 따르면 구글은 2027년 출시 예정인 'TPU v9'에 EMIB를 적용하고, 메타도 훈련·추론 가속기 엠디아이에이(MTIA)에 EMIB 도입을 검토 중이다.

삼성전자는 평면의 한계를 넘어 여러 개의 반도체를 수직으로 쌓아 하나의 패키지로 통합하는 'X-Cube' 등의 기술을 제공 중이다. 또 내년 2분기를 목표로 고대역폭메모리(HBM)를 합리적인 가격으로 연결할 수 있는 '3.3D 첨단 반도체 패키징 기술'도 개발 중이다.


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