A-8 2025 년 7 월 18 일- 2025 년 7 월 24 일 미국 사회

< 김선영 기자 >

미국과 중국 간의 AI 경쟁에 열쇠가 되는 핵심 반도체 기술이 중요하다. 미국은 역사상 단일 외국인 기업에 대한 투자로는 최대 규 모인 1,000억 달러를 대만 반도체 제조 회사( TSMC) 에 투자했다. 이는 전 세계의 관심을 끌고 대만에 대한 우려를 불러일으켰다. 스마 트폰과 인공지능( AI) 애플리케이션부터 무기 에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급하는 세 계 첨단 반도체 칩의 90 % 이상을 생산하는 대 만 반도체( TSMC) 는 애리조나에 두 개의 새 로운 첨단 패키징 제조 시설을 건설할 예정이 다. 전 세계적 AI 열풍과 함께 기하급수적인 수요 증가를 보인 첨단 패키징 기술에 대해 알 아야 할 모든 것과 이것이 AI 패권을 위한 미 국과 중국 간의 투쟁에 의미하는 바가 있다. 양국은 90일 동안 파괴적인 세 자릿수 관세를 철회하는 임시 휴전을 발표했지만, 미국이 부 과한 칩 제한과 기타 문제를 둘러싼 지속적인 반목으로 인해 양국 관계는 긴장 상태를 유지 하고 있다. 이런 상황에서 미국 기업이 받기도 힘든 어마어마한 투자를 대만의 반도체 제조 업체가 받았다는 것인 이 회사가 만드는 반도 체에 AI의 주도권을 가져올 핵심 기술이 있다 는 것을 보여준다.

고급 패키징이란? AI 붐으로 주목을 받고 있는 타이베이의 연 례 무역 박람회인 컴퓨텍스( Computex) 에 서 칩 제조업체 엔비디아( Nvidia) 의 CEO 는 " AI 를 위한 고급 패키징의 중요성은 매우 높 다며 자신보다 고급 패키징을 더 열심히 밀어 붙인 사람은 없다고 단언했다. 패키징은 일반 적으로 반도체 칩의 제조 공정 중 하나를 말 한다. 이는 보호 케이스 내부에 칩을 밀봉하 고 전자 장치에 들어가는 마더보드에 장착하 는 것을 의미한다. 특히 고급 패키징은 그래픽 처리 장치( GPU), 중앙 처리 장치( CPU) 또는 고대역폭 메모리( HBM) 와 같은 더 많은 칩을 더 가깝게 배치해 전반적인 성능을 향상시키 고 데이터를 더 빠르게 전송하며 에너지 소비 를 줄일 수 있는 기술을 말한다. 이런 칩을 회사 내의 다른 부서로 생각하면, 이런 부서가 서로 가까울수록 사람들이 서로 이동하며 아이디어를 교환하는 것이 더 쉬워 지고 시간이 덜 걸리며 운영 효율성이 높아진 다. 그래서 반도체 제조업체들은 칩을 가능한 한 가깝게 놓으려고 노력하고 있고, 칩 사이의 연결을 매우 쉽게 만들기 위해 다른 솔루션을 넣고 있다. 이것이 일종의 고급 기술이 되는 셈이다. 어떤 면에서 첨단 패키징은 무어의 법 칙( Moore ' s Law, 즉 칩 제조 공정의 돌파구 가 점점 더 비싸지고 어려워짐에 따라 마이크 로칩의 트랜지스터 수가 2 년마다 두 배로 증 가한다는 아이디어) 을 유지하고 있다.

다양한 유형의 첨단 패키징 기술이 있지만, 대 만 반도체( TSMC) 가 개발한 CoWoS( Chipson-Wafer-on-Substrate 의 약자) 는 AI 열

풍을 일으킨 OpenAI 의 챗 GPT 가 출시된 이 후 각광받은 가장 잘 알려진 기술이라고 할 수 있다. 이제 CoWoS 는 대만에서는 누구나 아 는 이름이 되었고 또한 CoWoS 라고 말하면 누구나 대만이라고 이해할 수 있는 수준으로 널리 퍼졌다. 이 고급 패키징은 많은 복잡한 컴퓨팅이 필 요한 AI 애플리케이션이 지연이나 오류 없이 실행되도록 해주기 때문에 기술 세계에서 큰 화두가 되었다. CoWoS 는 AI 서버나 데이터 센터에 사용되는 엔비디아와 AMD 에서 생산 하는 그래픽 처리 장치( GPU) 와 같은 AI 프 로세서를 생산하는 데 없어서는 안 될 필수 요 소다. 원한다면 엔비디아 패키징 프로세스라 고 부를 수 있지만 AI 칩을 만드는 거의 모든 회사가 CoWoS 공정을 사용하고 있다. 이것이 CoWoS 기술에 대한 수요가 급증한 이유다. 그 결과, 대만반도체( TSMC) 는 생산 능력을 늘리기 위해 분주히 움직이고 있다. 지 난 1 월 엔비디아의 CEO 가 대만을 방문했을 때, 현재 사용 가능한 첨단 패키징 용량의 양 이 2 년도 채 되지 않아 거의 4 배에 달한다고 했다. 패키징 기술은 컴퓨팅의 미래에 매우 중 요하다. 그래서 이제 많은 칩을 하나의 거대한 칩으로 통합하려면 매우 복잡한 고급 패키징 이 필요하다.

대만반도체의 기술 1987 년에 설립된 대만반도체( TSMC) 는 다 른 기업들이 주문하는 칩을 생산한다. 대만 은 전 세계 " 파운드리 "( 반도체 제조 아웃소 싱) 시장의 60 % 를 차지하고 있고, 그 중 대 부분은 대만반도체( TSMC) 에서 독점적으로 생산된다. 대만반도체( TSMC) 의 최첨단 마 이크로칩은 다른 기업들의 다양한 기기에 사 용된다. 아이폰, 아이패드, 맥( Mac) 에 사용되 는 애플의 프로세서를 생산하고, 머신 러닝과 AI 애플리케이션에 사용되는 엔비디아의 그 래픽 처리 장치( GPU) 를 생산한다. 또한 전 세계 슈퍼컴퓨터에 사용되는 AMD 의 라이 젠 및 EPYC 프로세서를 생산하며, 삼성, 샤 오미, 원플러스, 구글 폰에 사용되는 퀠컴의 스냅드라곤 프로세서도 생산한다.

대만의 마이크로칩 산업은 안보와 밀접한 관련이 있다. " 실리콘 방패 " 라고도 불리는데, 이는 광범위한 경제적 중요성으로 인해 미국 과 동맹국들이 중국의 침략 가능성으로부터 대만을 방어하도록 유도하기 때문이다. 대만 반도체( TSMC) 는 최근 미국에 5 개의 신규 공 장을 건설하기 위한 1,000 억 달러 규모의 계약 을 체결했다. 그러나 일부 관계자들은 2 나노 미터 칩이 대만 외부에서 생산될 경우 대만의

안보가 위협받을 수 있다고 우려하고 있기 때 문에 2 나노미터 칩의 해외 생산 가능성에 대 한 불확실성이 존재한다. CoWoS 가 최근에 등장하기는 했지만, 이 기 술은 실제로 최소 15 년 전부터 존재해 왔다. 2009 년에 더 많은 트랜지스터를 칩에 장착하 고 성능 병목 현상을 해결하기 위해 이 기술 개발을 처음 제안했다. 하지만 이 기술이 개발 되었을 당시에는 높은 비용 때문에 이 기술을 채택하는 회사는 거의 없었다. 그러나 AI 붐 은 CoWoS 를 역전시켜 가장 인기 있는 기술 중 하나가 되었다. 글로벌 반도체 공급망에서 패키징 및 테스트 서비스를 전문으로 하는 회 사들을 OSAT( Outsourced Semiconductor Assembly and Test) 기업이라고 한다. 대만 반도체( TSMC) 외에도 한국의 삼성과 미국 의 인텔, 중국의 JCET 그룹, 미국의 앰코, 대 만의 ASE 그룹, SPIL 등 OSAT 기업들이 첨 단 패키징 기술 분야의 핵심 업체들이다.

2025 년 4 월 1 일, 대만반도체( TSMC) 는 세 계에서 가장 진보된 마이크로칩 2 나노미터( 2nm) 칩을 선보였다. 양산은 하반기로 예정 되어 있고, 성능과 효율성 측면에서 큰 진전을 이뤄 기술 지형을 재편할 것이라고 했다. 마 이크로칩은 전동 칫솔, 스마트폰, 노트북, 가 전제품 등 거의 모든 전자 기기에 사용되는 현 대 기술의 기반이다. 마이크로칩은 실리콘과 같은 재료를 적층하고 에칭해 수십억 개의 트 랜지스터를 포함하는 미세 회로를 만든다. 이 트랜지스터는 사실상 작은 스위치로서 전기 흐름을 제어하고 컴퓨터 작동을 가능하게 한 다. 일반적으로 칩에 트랜지스터가 많을수록 칩의 속도와 성능이 향상된다. 마이크로칩 업계는 더 작은 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적해 더 빠르고 강력하며 에 너지 효율적인 기술 장치를 개발하기 위해 끊 임없이 노력하고 있다. 대만반도체( TSMC) 의 2 나노미터 기술은 기존의 최첨단 칩인 3 나 노미터 칩과 비교했을 때 주목할 만한 이점을 제공한다. 동일한 전력 수준에서 컴퓨팅 속도 가 10 ~ 15 % 향상되거나 동일한 속도에서 전력 사용량이 20 ~ 30 % 감소하는 것이 그 예다. 또 한 2 나노미터 칩의 트랜지스터 밀도는 3 나노 미터 기술보다 약 15 % 향상되었다. 이를 통해 장치의 작동 속도가 빨라지고 에너지 소비량 이 줄어들며 더 복잡한 작업을 효율적으로 관 리할 수 있게 된다.

미국에는 어떤 이점이 있을까? 칩 제조 측면에서 첨단 제조가 일종의 퍼즐 한 조각이라면, 첨단 패키징은 또 다른 퍼즐 조각에 해당한다. 애널리스트들은 애리조나

에서 이 두 개의 퍼즐 조각을 모두 갖게 된다 는 것은 미국이 칩 생산을 위한 " 원스톱 공장 " 을 갖게 되고 AI 무기고에 대한 입지를 강화 해 준다고 했다. 그리고 결과적으로 대만반도 체( TSMC) 의 주요 핵심 고객인 미국의 첨단 기업들 애플, 엔비디아, AMD, 퀠컴 그리고 브로드컴의 기술 발전에 이익이 된다는 것을 의미한다. 시장조사업체 디지타임즈 리서치 의 애널리스트는 이는 미국이 첨단 제조에서 첨단 패키징에 이르기까지 완전한 공급망을 갖도록 보장해주는 것이며, AI 칩에서 미국 의 경쟁력에 도움이 될 것이라고 보았다. AI 의 핵심이 되는 첨단 패키징 기술은 현재 대만 에서만 생산되고 있기 때문에 애리조나에서 생산하면 잠재적인 공급망 위험도 줄어든다. 한 바구니에 모든 달걀을 담는 대신 CoWoS 는 대만과 미국에 있을 것이므로 더 안전하고 안심할 수 있다. 전 세계의 가장 앞선 첨단 칩 생산이 미국에서 가능해지는 것을 의미하는 데 대만반도체( TSMC) 가 최첨단 칩 제조 시 설을 미국의 애리조나에 설립할 지는 두고 봐 야 한다. 대만 입장에서는 세계의 유일한 기술 을 미국에 제공하는 것을 의미하기 때문이다. 2 나노미터 칩을 탑재한 스마트폰, 노트북, 태 블릿은 더 나은 성능과 더 긴 배터리 수명을 누릴 수 있다. 이를 통해 전력 소모 없이 더 작 고 가벼운 기기를 만들 수 있다. 칩의 효율성 과 속도는 음성 비서, 실시간 언어 번역, 자율 컴퓨터 시스템( 인간의 개입을 최소화하거나 전혀 없이 작동하도록 설계된 시스템) 과 같은 AI 기반 애플리케이션을 향상시킬 수 있는 잠 재력을 갖고 있다. 데이터 센터는 에너지 소비 를 줄이고 처리 능력을 향상시켜 환경 지속가 능성 목표 달성에 기여할 수 있다. 자율주행차 및 로봇 공학과 같은 분야는 새 로운 칩의 향상된 처리 속도와 안정성을 통해 이점을 얻을 수 있고, 이런 기술은 더욱 안전 하고 실용적이 되어 광범위한 도입을 가능하 게 할 것이다. 이 모든 것이 매우 유망해 보이 지만, 2 나노미터 칩이 기술적 이정표를 제시 하는 동시에 과제도 안고 있다. 첫번째는 제 조 복잡성과 관련이 있다. 2 나노미터 칩 생산 에는 극자외선( EUV) 리소그래피와 같은 최 첨단 기술이 필요하다. 이 복잡하고 값비싼 공 정은 생산 비용을 증가시키고 매우 높은 정밀 도를 요구한다. 또 다른 중요한 문제는 열이다. 소비 전력이 상대적으로 낮더라도 트랜지스터가 작아지고 밀도가 증가함에 따라 방열 관리가 중요한 과 제가 된다. 과열은 칩 성능과 내구성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 이처럼 작은 규모에서는 실리콘과 같은 기존 소재가 성능 한계에 도달 할 수 있으며, 이는 새로운 소재 개발의 필요 성을 시사한다. 그럼에도 불구하고, 이런 칩을 통해 가능해 진 향상된 연산 능력, 에너지 효율, 그리고 소 형화는 소비자 및 산업용 컴퓨팅의 새로운 시 대를 여는 관문이 될 수 있다.