HBM4와 CoWoS, Foveros 기술의 융합과 시장 방향성

목차

1. 고성능 시대의 시작 – 메모리와 패키징의 융합이 필요하다

2. HBM4 개요 – 왜 패키징 기술과 궁합이 중요한가?

3. CoWoS 기술 – TSMC의 HBM 통합 플랫폼

4. Foveros 기술 – 인텔의 3D 패키징 전략

5. HBM4 + 패키징 기술 융합 사례

6. 기술 융합에 따른 설계 및 시장의 변화

7. 향후 전망 – HBM5 시대의 통합 아키텍처

 

1. 고성능 시대의 시작 – 메모리와 패키징의 융합이 필요하다

AI 반도체, 고성능 컴퓨팅(HPC), 자율주행 SoC, 클라우드 인프라 등 차세대 정보기술은 단순한 칩 하나가 아닌, 수많은 연산 블록과 메모리, 인터페이스가 하나의 패키지 안에서 통합되어야 가능한 구조로 진화하고 있다.

특히 고대역폭 메모리 HBM4(High Bandwidth Memory Gen 4)는 이전 세대 메모리들과 달리 패키징 기술 없이는 성능을 발휘할 수 없는 구조이다.

 

HBM4와 CoWoS, Foveros

여기에 TSMC의 CoWoS와 인텔의 Foveros 등 첨단 패키징 기술이 융합되면서 반도체 시장은 단순 제조에서 설계 + 통합 패키징 중심의 경쟁구도로 빠르게 전환되고 있다.

2. HBM4 개요 – 왜 패키징 기술과 궁합이 중요한가?

HBM4는 기존 메모리와 달리, 수직 적층 구조와 TSV(Through Silicon Via) 기술로 구성되어 있다.
단일 모듈로 최대 12~16단의 DRAM 다이를 수직으로 적층 하고, 이를 SoC 또는 AI 가속기와 인터포저를 통해 직접 연결한다.

• 대역폭: 최대 1.2TB/s
• 인터페이스 폭: 1024~2048bit
• 구동 전압: 0.9V 이하
• 고속 I/O 수: 수천 개 이상

이러한 특성 때문에, HBM4는 일반 DIMM 슬롯 방식으로는 사용할 수 없으며 패키징 단계에서 고밀도 연결이 가능한 고급 기술(CoWoS, Foveros 등)이 반드시 요구된다.

3. CoWoS 기술 – TSMC의 HBM 통합 플랫폼

CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)는 TSMC가 개발한 고성능 패키징 기술로, HBM과 연산 칩을 2.5D 인터포저 상에 함께 배치하는 방식이다.

구조 및 특징:

• 실리콘 인터포저를 사용하여 SoC와 HBM을 디렉트로 연결
• 수천 개의 마이크로 범프를 통해 고속 신호 전송
• 신호 경로가 짧아 SI(신호 무결성), PI(전력 무결성) 최적화
• 고열 발생 부품(HBM, GPU 등)을 넓은 열 방출 면적에 배치 가능

CoWoS는 NVIDIA H100, AMD MI300 등에서 HBM4를 통합하는 주요 플랫폼으로 활용되고 있으며, 2024년 기준으로 TSMC의 HBM 고객 중 약 80%가 CoWoS-L/H를 사용 중이다.

HBM4 + CoWoS 조합은 현재 가장 실용적이고 안정적인 고성능 메모리 통합 구조이다.

4. Foveros 기술 – 인텔의 3D 패키징 전략

Foveros는 인텔이 개발한 3D 패키징 기술로, CoWoS의 2.5D 구조와는 달리 칩을 수직으로 적층 하여 공간 효율성과 통합도를 높이는 방식이다.

구조 및 특징:

• 칩 위에 칩을 적층(Stack-on-Chip)하는 3D 구조
• TSV 기반 전력·신호 연결 구현
• 다양한 기능 블록을 수직 통합 가능 (e.g. 연산 + 메모리 + 인터페이스)
• 열 해소를 위한 다단 TIM(Thermal Interface Material) 구조 사용

HBM4와 Foveros의 융합은 특히 인텔의 AI 가속기(예: Ponte Vecchio, Falcon Shores)에 적용되며, chiplet 기반의 시스템 설계와 AI 연산 최적화 구조 구현에 적합하다.

Foveros는 CoWoS보다 공간 효율이 높고, 다기능 통합에 유리하지만 열 관리와 제조 난이도는 더 높다.

5. HBM4 + 패키징 기술 융합 사례

아래는 실제 HBM4가 CoWoS 또는 Foveros와 융합된 대표 제품군이다:

제품, 메모리, 패키징. 설명

 

NVIDIA H100	HBM3/HBM3E → HBM4 예정	CoWoS	AI 학습 및 추론 서버용 GPU
AMD MI300X	HBM3E → HBM4 전환 중	CoWoS	LLM 전용 AI 가속기
Intel Ponte Vecchio	HBM2E/HBM4(예정)	Foveros	HPC, AI 가속용 MCM
AWS Inferentia 3	HBM4	자체 패키징	추론 최적화 칩셋

 

이러한 사례를 통해 알 수 있듯, HBM4는 단독 기술이 아니라 패키징 구조와 함께 진화하고 있으며, 제품 기획 초기부터 통합 설계가 요구된다.

6. 기술 융합에 따른 설계 및 시장의 변화

HBM4와 고급 패키징 기술의 융합은 단순 성능 향상이 아닌, 반도체 시장의 전체 구조와 기업 간 가치사슬을 바꾸고 있다.

설계 변화:

• 단일 SoC 중심 → chiplet 기반 모듈화 설계
• 메모리·연산 분리 → 통합 설계 및 시뮬레이션 필수
• 패키징 전담 부서 → EDA, 재료, 열 해석, 전력 해석 등 협업 필요

시장 변화:

• 팹리스(Fabless)와 파운드리 간 설계 동기화 요구 증가
• 패키징 전문 기업(ASE, Amkor 등)의 기술력 가치 상승
• 소재, 기판, TIM, EMI 차폐소재 등 소부장 기업 동반 수혜

이처럼 HBM4와 CoWoS/Foveros는 기술뿐 아니라 산업 생태계 전반의 전략적 경쟁 요소로 확산되고 있다.

7. 향후 전망 – HBM5 시대의 통합 아키텍처

2026~2027년에는 HBM5가 상용화될 것으로 예측되며, 이는 CoWoS와 Foveros의 고도화된 형태와 함께 진화할 것이다.

예측되는 기술 방향성:

• TSV 밀도 증가 → 신호 전송 속도 향상
• 3D 칩셋 수직통합 아키텍처 확산 (HBM5 + Logic + Cache)
• CXL 기반 메모리 확장 구조와 통합
• 패키지 내부에 AI 가속기 + NPU + HBM5를 통합한 초고밀도 설계

또한, 삼성의 I-Cube, SK하이닉스의 HBM Cube 등 경쟁 기술도 부상하면서 패키징 기술은 더 이상 후공정이 아닌 시스템 설계의 중심축으로 자리 잡게 될 것이다.

맺음말 – 메모리와 패키징의 융합이 반도체의 미래다

HBM4는 단순한 고속 메모리가 아니다.
이는 CoWoS, Foveros와 같은 고급 패키징 기술과 결합될 때 AI, HPC, 클라우드 등 차세대 고성능 시스템의 핵심 엔진이 된다.

이제 반도체의 경쟁력은 단순 제조 공정이 아닌, 패키징 기술과 메모리 인터페이스를 얼마나 통합하고 최적화할 수 있는가로 결정된다.

HBM4의 진정한 가치는 이 융합에서 나온다.

 

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