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엔비디아, 2027년까지 CoWoS 용량 절반 선점…AI 칩 생산 병목 현상 심화
삼성·인텔, EMIB·포베로스 등 대안 기술 부상…파운드리 판도 재편 조짐
삼성·인텔, EMIB·포베로스 등 대안 기술 부상…파운드리 판도 재편 조짐
이미지 확대보기엔비디아 물량 선점에 구글 생산 차질
보도에 따르면 구글 모회사 알파벳은 2026년 텐서처리장치(TPU) 생산 목표를 당초 400만 대에서 300만 대로 25% 줄였다. TSMC의 CoWoS(Chip on Wafer on Substrate) 첨단 패키징 용량 확보에 실패했기 때문이다. CoWoS는 고대역폭메모리(HBM)를 실리콘 인터포저에 통합해 프로세서와 연결하는 기술로, 고성능 AI 가속기 제조에 필수다.
엔비디아는 2026년과 2027년까지 TSMC의 CoWoS 생산능력 절반 이상을 확보했다. 이에 따라 구글을 비롯한 다른 기업들은 자체 AI 칩 개발에도 생산 제약을 받고 있다. 업계에서는 설계 능력이나 수요를 갖춘 기업이라도 패키징 용량을 확보하지 못하면 시장 확장이 불가능한 상황으로 분석하고 있다.
TSMC는 급증하는 수요에 2028년까지 첨단 웨이퍼 생산능력을 두 배로 늘리고, 200mm 공장을 첨단 패키징용으로 전환하고 있다. 야후파이낸스는 이러한 증설이 완료되면 2028년까지 TSMC 매출이 두 배로 증가할 수 있다고 전망했다.
인텔·삼성, 대안 기술로 시장 공략
CoWoS 부족 현상은 경쟁 파운드리 업체들에 기회를 제공하고 있다. 인텔은 EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge) 패키징 기술로 TSMC에 대항하고 있다. 구글은 2027년 출시 예정인 v9 가속기에 인텔의 EMIB 기술 적용을 검토 중이며, 브로드컴도 인텔에 주문한 것으로 알려졌다. 애플도 2027년부터 입문형 M 시리즈 칩에 인텔의 18A 공정을 활용할 수 있다는 관측이 나온다.
인텔은 뉴멕시코 시설의 EMIB 용량을 30% 확대하고, 자체 3D 패키징 기술인 ‘포베어로우즈’(Foveros) 생산능력을 150% 늘리고 있다. 이는 반도체 칩을 단순히 평면(2D)으로 배치하는 기존 방식과 달리, 칩을 수직으로 적층하여 연결하는 방식으로 성능과 집적도를 크게 높이는 것이 핵심이다. 18A와 14A 노드를 갖춘 인텔은 대안을 찾는 하이퍼스케일러들로부터 수주를 확보할 수 있는 위치에 있다는 평가다.
삼성전자도 텍사스 파운드리 시설에서 첨단 패키징 솔루션을 제공하고 있다. 구글과 애플 모두 삼성 시설을 검토 중인 것으로 전해졌다. 삼성은 구글, AMD, 아마존 같은 하이퍼스케일러들에 DRAM과 파운드리 서비스를 묶어 첨단 패키징 솔루션을 제공하는 전략을 펼치고 있다.
다만 엔비디아는 인텔 시설을 검토했으나 사용을 포기한 것으로 알려져, 기술 검증과 생산능력 확보가 과제로 남아 있다.
퀄컴 고성능 칩, TSMC N3X 공정 채택
한편 퀄컴의 스냅드래곤 X2 엘리트 익스트림은 TSMC의 3나노 N3X 공정을 채택해 클록 속도 극대화에 나섰다. 클록 속도는 CPU나 GPU 같은 프로세서가 초당 얼마나 많은 연산을 수행할 수 있는지를 나타내는 지표다. Wccf테크는 지난 4일 이 칩이 5GHz 달성을 목표로 하지만, 그 과정에서 전력 소모는 늘어나고 같은 면적에 들어가는 트랜지스터 수는 줄어드는 등 N3P 공정 대비 일부 성능을 포기했다고 보도했다.
무어인사이츠앤드스트래티지 분석에 따르면 스냅드래곤 X2 엘리트 익스트림은 310억 개 트랜지스터를 탑재하고 N3P 대비 5% 성능 향상을 제공한다. 192비트 메모리 버스와 128GB 메모리로 최대 초당 228GB 데이터 전송 속도를 지원하지만, 애플 M4 프로의 초당 273GB에는 못미친다.
N3X 공정은 1.0V 이상 전압에서 작동해 클록 속도를 높이지만, N3P보다 밀도와 효율성이 낮다. 성능 테스트 결과 스냅드래곤 X2 엘리트 익스트림은 제한 없는 작동 시 100W를 초과했고, 특정 노트북에서 지속 전력 40W를 기록했다. 그럼에도 CPU와 GPU 성능을 동시에 측정하는 최신 벤치마크 툴인 시네벤치 2024 단일코어와 멀티코어 테스트에서 애플 M4 맥스보다 느린 것으로 나타났다.
GPU 성능에서도 격차가 컸다. M4 프로는 3DMark 스틸 노매드 라이트와 솔라 바 벤치마크에서 최대 45% 빠른 성능을 보였다. 업계에서는 N3X 공정 전환이 퀄컴의 기대만큼 성과를 내지 못했다는 평가가 나오고 있다.
박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com
