TSMC는 CoWoS 용량 격차가 좁혀지면서 고급 AI 칩 패키징의 다음 핵심 병목이 CoWoS가 아닌 ABF 기판 부족이 될 것이라고 경고했습니다.

8월 11일 OCP APAC 서밋에서 TSMC 고급 패키징 기술 및 서비스 담당 부사장 He Jun이 CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) 용량이 3년 연속 2배 증가했으며, 현재 공급이 시장 수요에 "매우 근접"한 상태라고 발표했습니다. 다만 고급 패키징 공급망의 병목 지점이 메모리에서 ABF 기판으로 이동하고 있으며, He Jun은 이것이 메모리 다음으로 향후 AI 칩 확장에 있어 가장 중요한 제약이 될 수 있다고 경고했습니다.

"Mr. CoWoS"로 널리 알려진 He Jun은 AI 컴퓨팅 성능에 대한 끊임없는 수요가 고급 패키징 아키텍처의 빠른 진화를 주도하고 있다고 강조했습니다. 5.5배 레티클 크기의 CoWoS는 현재 대량 생산 중이며, 여러 AI 고객 제품에서 수율이 지속적으로 98%를 초과하고 있으며, 일부는 99%에 도달했습니다. TSMC는 매년 새로운 CoWoS 기술을 도입하는 리듬을 유지하고 있으며 2029년까지 패키징 크기를 14배 레티클로 확대할 것으로 예상하고 있습니다.

그러나 중대한 병목 지점은 상류의 재료에 있습니다. ABF 기판 공급은 소수의 일본 및 대만 제조업체에 집중되어 있습니다. AI 가속기의 크기 및 패키징 복잡성 증가로 인해 ABF 기판에 대한 수요가 급격히 증가하고 있으며, 고객들은 이미 위험 분산을 위해 여러 공급업체에서 소싱하기 시작했습니다. 그러나 이는 새로운 문제를 야기합니다: 다양한 제조업체 간의 열적 및 기계적 특성의 변동이 제조 일관성을 위협합니다.

협력적 공급업체 검증을 통해 개발 사이클이 급격히 단축되었습니다—평균적으로 2년마다 1세대에서 연 1세대로 축소되었습니다. 그러나 ABF 기판 수급 격차는 계속 벌어지고 있습니다. 글로벌 기판 제조업체들은 용량 확대를 위해 총 191억 달러의 투자를 계획했지만, 이는 여전히 부족합니다. 유리 직물 제조업체와 같은 상류 원자재 공급업체들은 2027년부터 점차적으로 새로운 용량을 공급할 것으로 예상되지만, 확대는 AI 칩 수요 증가에 뒤떨어져 있습니다.

3배 이상의 레티클을 초과하는 대형 포맷 패키징의 경우, 모든 부품의 품질 표준이 허용 가능한 불량률을 유지하기 위해 자동차 등급 이상의 사양을 충족해야 합니다. 이는 전체 공급망에 걸쳐 재료 및 제조 정밀도의 기준을 높입니다.

TSMC는 현재 고성장 단계에 진입한 SoIC (System on Integrated Chips) 기술이 2022년부터 2027년까지 90% 이상의 복합 연간 성장률로 확대될 것으로 예상하고 있습니다. 6마이크론 하이브리드 본딩 피치가 대량 생산에 진입했으며, 2029년까지 4.5마이크론으로 추가 축소하여 A14 로직 칩을 A14 로직 칩에 직접 적층할 수 있도록 할 계획입니다. 이는 가장 고급 공정 기술을 사용한 진정한 수직 통합을 가능하게 하며 기존 솔루션 대비 50배 이상의 인터커넥트 밀도를 제공하면서 전력 효율을 약 5배 향상시킵니다. 이러한 이점은 칩 간의 데이터 이동이 점점 더 전력 병목이 되는 AI 시스템에 특히 중요합니다. 칩 간 거리를 줄이고 인터커넥트 밀도를 높임으로써 데이터 전송에 필요한 전력 소비를 현저히 줄일 수 있습니다.

He Jun은 고급 웨이퍼 제조 관리 업무를 "세계에서 가장 큰 온라인 중매 서비스"를 운영하는 것에 비유했습니다. 고객은 복잡한 알고리즘을 제공하고 TSMC는 각 다이에 가장 적합한 "소울메이트"를 찾습니다. TSMC는 칩릿 "스마트 매칭" 기술을 활용하여 성능 보완적인 베어 다이를 재결합하여 개별 칩 성능 변동으로 인한 낭비를 줄이고 전체 수율을 개선합니다.

인터포저의 기능도 단순 상호 연결에서 더 깊은 통합으로 진화하고 있으며, 잠재적으로 능동형 브리지 칩, 통합 전압 조정기, 커패시터 및 실리콘 포토닉스 장치를 포함하여 포괄적인 시스템 레벨 패키징 플랫폼을 형성할 수 있습니다.

점점 더 복잡한 이종 통합 문제에 직면한 He Jun은 "System Technology Co-Optimization" (STCO)의 중요성 증가를 강조했습니다. CoWoS 패키징 크기가 확대됨에 따라 부품 레벨의 개발 및 검증만으로는 충분하지 않으며, 칩, 패키징 및 시스템 조건을 함께 고려해야 합니다. TSMC는 고객, 공급업체 및 팹 간의 병렬 개발을 촉진하고 있으며, 대량 생산 6분기 전에 시스템 사양 지침을 공개하고 열, 기계 및 전력 문제에 대한 협력적 문제 해결을 가속화하기 위해 팹 근처에 공급업체 R&D 팀을 배치하고 있습니다.

He Jun은 AI 고급 패키징의 향후 발전은 궁극적으로 단일 기업이 아닌 칩, 패키징, 재료, 장비 및 시스템 통합의 전체 생태계에 걸친 협력적 진화에 의존할 것이라고 결론지었습니다. CoWoS가 확대되고 SoIC 하이브리드 본딩 피치가 축소됨에 따라 STCO, 빠른 검증 및 지속적인 피드백을 통해 각 링크의 진화를 동기화하는 것이 AI 고급 패키징의 진전을 유지하는 데 필수적일 것입니다.