TSMC, AI칩 패키징 질주…삼성전자, HBM·파운드리·패키징 역량 총력

TSMC, CoWoS 생산능력 3년간 매년 2배 확대
삼성, 브로드컴과 HBM·2나노·패키징 협력
테일러 양산 채비…선단공정 생산능력 확대

대만 신주에서 한 직원이 세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산) 업체 TSMC 로고 앞을 지나는 모습. 뉴시스

[파이낸셜뉴스] 인공지능(AI) 반도체 수요가 폭증하면서 글로벌 파운드리(반도체 위탁생산) 1위 TSMC가 AI칩 양산의 또 다른 핵심 축인 첨단 패키징까지 공격적으로 몸집을 키우고 있다. 최근 3년간 첨단 패키징 생산능력을 사실상 매년 두 배씩 늘렸지만, 여전히 고객 수요를 완전히 따라잡지 못하고 있는 것으로 나타났다.

AI 반도체 경쟁이 미세공정부터 고대역폭메모리(HBM), 첨단 패키징까지 아우르는 종합 경쟁력 싸움으로 확산하는 가운데 삼성전자도 첨단 패키징 기술을 고도화하는 한편, 파운드리와 메모리를 모두 보유한 사업 구조를 앞세워 고객 확보에 나서고 있다. 여기에 미국 텍사스주 테일러 공장을 중심으로 2나노 양산능력까지 확대하며 TSMC 추격에 속도를 내고 있다.

■공장 10곳도 부족…TSMC의 질주
14일 대만 현지 매체에 따르면 허쥔 TSMC 첨단 패키징 기술·서비스 부문 부사장은 최근 타이베이에서 열린 '2026 OCP APAC 서밋'에서 "최근 3년간 첨단 반도체 패키징 기술인 '칩 온 웨이퍼 온 서브스트레이트(CoWoS)' 생산능력을 매년 두 배씩 확대했다"고 밝혔다. 현재 첨단 패키징 공장만 10곳에 달하지만, 급증하는 AI 반도체 수요를 아직 완전히 소화하지 못하고 있다는 설명이다.

TSMC가 CoWoS 생산능력 확대에 공을 들이는 것은 AI 반도체 시장에서 첨단 패키징의 중요성이 갈수록 커지고 있기 때문이다. CoWoS는 그래픽처리장치(GPU)와 고대역폭메모리(HBM) 칩을 하나의 기판 위에 쌓아 처리 능력을 높이는 동시에 공간을 절약하고 전력 소비를 줄이는 TSMC의 첨단 패키징 공정이다. AI 반도체가 대형 및 고성능화되고 GPU와 연결되는 HBM의 탑재량도 늘어나면서, 미세공정뿐 아니라 여러 칩을 효율적으로 연결하는 첨단 패키징 기술도 AI 칩 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소로 떠오르고 있다. TSMC는 생산능력뿐 아니라 양산 경쟁력도 끌어올리고 있다. 다수 AI 고객 제품의 수율은 안정적으로 98%를 넘어섰고, 일부 제품은 99%에 달하는 것으로 파악된다.

■삼성전자, 美 테일러로 승부수
삼성전자 역시 첨단 패키징 경쟁력을 강화하고 있다. 2.5차원(2.5D) 패키징 솔루션 '아이큐브(I-Cube)'와 3차원(3D) 솔루션 '엑스큐브(X-Cube)' 등을 고도화하고 있다. 최근 브로드컴과의 협력 확대도 이 같은 전략의 연장선이다. 삼성전자는 브로드컴의 차세대 AI 가속기에 HBM 등 메모리 솔루션을 공급하는 한편, 2나노 이하 파운드리 공정과 이를 기반으로 한 2.3D·2.5D 첨단 패키징까지 협력을 확대할 계획이다. HBM 공급에 그치지 않고 선단공정과 첨단 패키징까지 협력 범위를 넓힌 것이다.

첨단 패키징과 함께 2나노 이하 선단공정 생산능력도 확대하고 있다. 삼성전자는 미국 텍사스주 테일러 파운드리 공장의 본격 가동을 앞두고 반도체(DS)부문 핵심 인력을 현지에 잇달아 투입하며 2나노 양산 체제 구축에 속도를 내고 있다 올해 4월에는 공정 관리, 수율 검증, 품질 대응 등 생산 핵심 기능을 담당하는 조직 및 인력을 파견하고, 오는 9월에도 추가 양산 인력이 미국으로 이동할 예정이다.

삼성전자는 파운드리 사업의 핵심기지가 될 미국 테일러 1공장은 올해 가동을 목표로 준비를 진행하고 있고, 테일러 2공장은 2030년 양산을 목표로 올해 말 착공할 계획이다. 최근 1.4나노 공정에 대한 고객사 문의가 증가하면서 추가 팹(공장) 확보도 검토하고 있다.

soup@fnnews.com 임수빈 정원일 기자