TSMC, HBM, and Packaging – 반도체 패키징 기술과의 융합

 

목록

1. HBM과 고대역폭 패키징의 중요성

2. TSMC의 첨단 패키징 기술

3. TSMC와 HBM의 융합 사례

4. 기술적 장점 요약

5. TSMC의 패키징 전략과 산업 영향

6. 수익성 및 시장 전망

 

고성능 반도체 패러다임, 패키징에서 완성되다.

반도체 산업은 이제 단순한 공정 미세화 경쟁을 넘어 시스템 통합(System Integration)의 시대로 진입하고 있다.
특히 AI, 고성능 컴퓨팅(HPC), 클라우드, 5G, 자율주행 등의 분야에서 요구되는 고대역폭, 저전력, 고집 적도를 충족시키기 위해 패키징 기술이 핵심 경쟁 요소로 부상하고 있다.

 

TSMC, HBM

 

이러한 변화의 중심에 TSMC와 HBM(High Bandwidth Memory)가 있다.
TSMC는 세계 최대 파운드리로서 첨단 패키징 기술을 통해 HBM과 GPU/CPU를 물리적으로 통합하는 새로운 설계 패러다임을 제시하고 있다.

1. HBM과 고대역폭 패키징의 중요성

HBM이란?

HBM은 기존 DRAM보다 훨씬 높은 대역폭을 제공하는 수직 적층형 메모리이다.
TSV(Through-Silicon Via)를 통해 여러 DRAM 다이를 수직으로 쌓고, 인터포저를 통해 연산 칩과 근접 연결하는 구조를 갖는다.

HBM의 장점:

• 초고속 데이터 전송 (HBM3: 최대 1.2TB/s 이상)
• 낮은 전력 소비 (GDDR 대비 최대 50% 효율적)
• 고집적 설계 (패키지 면적 최소화)
• 지연 시간 최소화 (SoC와 가까운 연결)

하지만 이러한 성능을 최대한 발휘하기 위해서는 고도로 정밀한 패키징 기술이 반드시 필요하다.

 

📌 관련 글도 함께 읽어보시면 도움이 됩니다!

[반도체 기술/HBM 및 고대역폭 메모리] - Power Efficiency of HBM – 저전력 고성능 메모리의 장점 분석

2. TSMC의 첨단 패키징 기술

1. CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate)

TSMC가 개발한 대표적인 고성능 패키징 기술이다.
CoWoS는 HBM과 연산 칩(GPU, AI Accelerator 등)을 실리콘 인터포저 위에서 통합하여 하나의 패키지로 제작한다.

• 고밀도 인터커넥션 구현
• 방열 특성 우수
• 넓은 대역폭 확보
• HBM3/3E와 최적화된 호환성

현재 NVIDIA H100, AMD MI250, Google TPU 등의 고성능 연산 칩 대부분이 TSMC CoWoS 기반으로 제조되고 있다.

2. InFO (Integrated Fan-Out)

InFO는 패키지 두께를 줄이고, 전기적 성능을 향상하기 위한 기술이다.
특히 모바일 SoC 및 중급 AI 가속기에서 사용되며, HBM과 직접 연결되는 구조로 발전 중이다.

• 패키지 두께 얇음
• I/O 밀도 증가
• 모바일 AI/에지 컴퓨팅 대응 가능

3. SoIC (System on Integrated Chip)

SoIC는 TSMC의 3D 스택 패키징 기술로, 다이 간 수직 적층을 구현한다.
HBM과 SoC를 3D 형태로 쌓아 연결함으로써 신호 지연 최소화, 전력 절감, 고속 전송이 가능해진다.

• Hybrid Bonding 기술 적용
• TSV 기반 적층보다 더 미세한 연결
• HBM4 및 차세대 AI 칩과의 통합 구조에 활용될 예정

 

📌 관련 글도 함께 읽어보시면 도움이 됩니다!

[반도체 기술/HBM 및 고대역폭 메모리] - How to Design with HBM – PCB와 HBM 인터페이스 설계 가이드

3. TSMC와 HBM의 융합 사례

1. NVIDIA H100 & B100

• TSMC CoWoS + HBM3 구조
• GPU와 최대 6개의 HBM3 스택을 하나의 패키지에 통합
• HBM 대역폭 최대 3TB/s 구현
• AI 학습/추론용 슈퍼컴퓨팅 서버에 적용

2. AMD Instinct MI300

• CoWoS + Chiplet 구조 + HBM
• Zen4 CPU, CDNA3 GPU, HBM 메모리를 하나로 집적
• 패키징 기술 없이 구현 불가능한 이기종 통합 아키텍처

3. Intel Ponte Vecchio & Gaudi3

• HBM2 E/3와 연산 타일을 TSMC 패키징에서 위탁 생산
• EMIB + Foveros + CoWoS 혼합 구조
• 차세대 Xe HPC 플랫폼의 토대

 

📌 관련 글도 함께 읽어보시면 도움이 됩니다!

[반도체 기술/HBM 및 고대역폭 메모리] - HBM 기술백서 – 초보자부터 전문가까지 이해하는 메모리 기술서

4. 기술적 장점 요약

항목, 전통적 패키징TSMC, CoWoS/SoIC 기반

 

데이터 대역폭	수백 GB/s	1~3 TB/s
패키지 두께	상대적으로 두꺼움	매우 얇음
열 분산	제한적	고도 설계 적용
전력 소모	상대적으로 높음	최적화 설계
확장성	제한적	HBM4, Chiplet 호환성 탁월

 

TSMC의 패키징 기술은 단순한 조립 수준을 넘어서, 연산 칩과 메모리의 물리적·전기적 통합을 구현하는 핵심 기술로 작용하고 있다.

5. TSMC의 패키징 전략과 산업 영향

AI 시대의 패키징 중심 전략

• TSMC는 패키징 기술을 단순 후공정이 아닌 '시스템 설계 기술'로 인식
• HBM 채택이 늘어남에 따라 TSMC의 패키징 설비는 글로벌 반도체 공급망의 필수 인프라
• 파운드리 경쟁에서 ‘패키징’이 새로운 차별화 요소로 부상

고객사 확대

• NVIDIA, AMD, Apple, Google 외에도
  Tesla, Amazon, Meta, Baidu 등도 TSMC의 패키징 기술 검토 중

HBM과 TSMC의 공생 관계

HBM이 진화할수록, 즉 HBM3 E, HBM4로 갈수록 TSV 수 증가와 인터페이스 복잡도가 커진다.
이를 해결하려면 고도화된 패키징이 필수이며, TSMC의 기술 없이는 불가능한 수준이다.

 

📌 관련 글도 함께 읽어보시면 도움이 됩니다!

[반도체 기술/HBM 및 고대역폭 메모리] - HBM in AI Processors – AI 칩에서 HBM이 중요한 이유

6. 수익성 및 시장 전망

TSMC 고급 패키징 시장 점유율

연도시장 규모 (억 달러), TSMC, 점유율(%)

 

2022	30	38
2025	50+ 예상	45+ 예상

 

결론

반도체 패키징의 미래, TSMC와 HBM의 동반 진화, 

HBM은 고성능 컴퓨팅의 근간이 되는 메모리이고, 이를 온전히 활용하기 위한 기술이 바로 TSMC의 첨단 패키징 기술이다.

단순히 공정 미세화만으로는 해결할 수 없는 AI·HPC 시대의 연산 병목 문제는 이제 ‘패키징’에서 해법을 찾고 있다.
CoWoS, SoIC, Hybrid Bonding 등 TSMC의 기술은 단순한 연결을 넘어, 성능·전력·공간 최적화를 통해 반도체 혁신의 축을 새롭게 구성하고 있다.

앞으로 HBM4, UCIe 기반의 Chiplet 생태계가 확대됨에 따라 패키징은 설계의 중심이자 수익성의 중심축으로 진화할 것이다.
그리고 그 중심에는 TSMC가 존재할 가능성이 매우 크다.

 

📌 관련 글도 함께 읽어보시면 도움이 됩니다!

[반도체 기술/반도체 관련주] - HBM 관련주란? – 고대역폭 메모리 시장과 함께 성장하는 투자 유망 종목