GlobalFoundries, 미국 내 TSMC의 CoWoS용 실리콘 인터포저 생산 계약 체결 (5년간 20억 달러 규모)

GlobalFoundries와 TSMC가 5년간 총 20억 달러 규모의 제조 계약을 체결했습니다. 이 계약에 따라 GlobalFoundries는 TSMC의 CoWoS 첨단 패키징 기술용 실리콘 인터포저를 생산하게 됩니다. 이번 협력은 미국 기반의 공급처를 구축함으로써, TSMC 고객사들이 자사의 제품을 '완전히 미국에서 제작 및 패키징되었다'고 브랜드화할 수 있게 할 것입니다. 양산 규모는 2028년 상반기부터 점진적으로 증가할 예정입니다.

GlobalFoundries CMOS Business 선임 부사장인 Ed Kaste는 "GF의 신뢰받는 미국 제조 기반을 활용한 제조 서비스를 제공함으로써, 고객이 혁신을 가속화하고 반도체 공급망을 강화하는 데 도움이 될 필수적인 첨단 패키징 요소의 안전하고 확장 가능한 공급처를 만들고 있습니다"라고 말했습니다.

GF와 TSMC가 협력하다

이번 계약에 따라 GlobalFoundries는 뉴욕 말타(Malta, NY) 소재의 제조 시설 역량을 확장하여 TSMC의 CoWoS-S 패키징 생태계에서 사용되는 실리콘 인터포저를 생산할 예정입니다. 이러한 인터포저는 로직 칩렛과 고대역폭 메모리 (HBM) 스택 사이에 고밀도 연결을 제공하며, 인공지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 애플리케이션을 위한 복잡한 다이 프로세서 생성을 가능하게 하는 맞춤형 실리콘 조각입니다. 양사는 설치될 생산 용량을 공개하지 않았으나, 이 계약은 수요에 따라 추가 확장을 위한 틀을 제공합니다.

TSMC CoWoS

(이미지 출처: TSMC)

TSMC의 CoWoS-S 패키징 기술에 사용되는 실리콘 인터포저는 특정 프로세서 설계에 맞춰 커스터마이징됩니다. 이는 그 구성이 로직 칩렛과 HBM 스택의 개수, 치수 및 배치뿐만 아니라 이들 간의 상호 연결 방식에 따라 달라지기 때문입니다.

게다가 인터포저는 전력 분배 네트워크(power distribution networks)와 임베디드 딥 트렌치 캐패시터(DTC)를 포함한 특정 프로세서의 전력 공급 요구 사항을 충족해야 하며, 설계는 신호 무결성(signal integrity), 전력 무결성(power integrity), 열적 특성을 고려해야 합니다. 더욱이, 대형 인터포저는 최대 리소그래피 레티클 크기를 초과할 수 있으므로 스티칭(stitching)이 필요하며, 따라서 GlobalFoundries가 초대형 시스템 인 패키지(SiP)용으로 이러한 인터포저를 얼마나 잘 스티칭할 수 있을지가 관건입니다.

TSMC

(이미지 출처: TSMC)

특정 제조 공정과 구조적 요소는 표준화될 수 있지만, 결과적으로 만들어지는 인터포저는 일반적으로 애플리케이션별로 특화됩니다. GlobalFoundries가 TSMC의 공급업체가 되기보다는, TSMC와 긴밀한 협력이 필요한 표준화된 부품이 아니라 여러 고객사별 인터포저 설계를 제조하는 하청업체 역할을 할 것입니다. 구체적으로, GlobalFoundries는 자신이 생산하는 인터포저가 TSMC의 CoWoS 패키징 흐름에서 사용될 수 있도록 설계 규칙, 제조 공정, 자격 절차 간의 호환성을 확보해야 합니다. 인터포저 레이아웃은 TSMC와 그 고객사에게 특화된 기술 및 생산 방법을 포함할 수 있기 때문에, 지적 재산권(IP)의 소유권과 보호를 기업들이 어떻게 처리할지 지켜봐야 합니다.

TSMC가 일부 인터포저 생산을 GlobalFoundries에 위탁함으로써, TSMC는 자체 제조 자원을 확보하고 첨단 패키징에 필요한 부품 가용성을 높일 수 있습니다.

실리콘 인터포저를 제조하는 것은 CoWoS-S 생산 공정의 한 부분일 뿐입니다. 이 기술은 또한 고정밀 본딩 장비를 사용하여 로직 치펫(logic chiplets)과 HBM 스택을 인터포저에 부착하고, 그 결과 구조물을 유기 기판(organic substrates) 위에 조립한 다음, 전기 테스트를 수행하는 것을 필요로 합니다. 이러한 작업들은 전용 제조 역량을 요구하며, 이는 두 회사 간의 계약에서 다루지 않은 부분입니다.

TSMC의 CoWoS 생태계에 합류하며

2018년 최첨단 공정 기술 개발에서 철수한 후, 최첨단 AI 및 HPC 가속기를 생산할 수 없게 된 GlobalFoundries는 이제 미국 내 TSMC의 첨단 패키징 공급망의 일원이 되어 AI 및 HPC 프로세서용 맞춤형 컴포넌트를 공급하게 됩니다.

GlobalFoundries에게 이 계약은 최첨단 로직 다이(logic dies)를 직접 생산하지 않고도 첨단 AI 프로세서 제조에 참여할 수 있는 기회를 의미합니다. 비록 회사가 8년 전에 최첨단 공정 기술 개발을 포기했지만, 그 제조 역량은 CoWoS-S 인터포저를 포함하여 정교한 멀티칩 패키지에 사용되는 특정 컴포넌트를 생산하는 데 여전히 적합합니다. 다만 TSMC의 CoWoS-L 공급망에도 참여할 수 있을지는 미지수입니다.

GlobalFoundries와의 계약은 특히 TSMC가 애리조나에 첨단 패키징 운영을 설립하려는 계획을 고려할 때 중요합니다. 이 회사는 2029년 이전에 주(state) 내에 CoWoS 및 3D-IC 패키징 역량을 도입할 예정이며, 이미 2028년 초 생산을 시작할 예정인 애리조나주 피오리아에 첨단 패키징 시설을 건설하는 Amkor Technology와 10년 계약을 체결했습니다.

GlobalFoundries가 2028년 상반기 뉴욕에서 인터포저 생산을 늘려감에 따라, TSMC는 애리조나에서 제조된 로직 다이, 뉴욕에서 생산된 실리콘 인터포저, 그리고 애리조나에서 TSMC 및/또는 Amkor가 수행하는 첨단 패키징 및 테스트를 포함하는 상당 부분 국내 CoWoS 공급망을 구축할 잠재력을 갖게 됩니다. 당분간 HBM 스택은 여전히 아시아의 메모리 제조업체들로부터 조달해야 할 것이지만, Micron과 SK hynix 모두 이미 이번 10년 내에 미국으로 HBM 어셈블리 시설을 가져올 계획이므로, 2029년에서 2030년 사이에는 미국이 첨단 AI 프로세서 생산을 위한 수직 통합 공급망을 갖게 될 것이라고 말해도 안전합니다.

하지만 한 가지 걸림돌이 있습니다. GloFo와 TSMC는 CoWoS 조립 공정이 TSMC와 Amkor 사이에서 어떻게 분할될지, 또는 GlobalFoundries의 인터포저가 애리조나에서 실제로 사용될지에 대해 공개하지 않았습니다. 그럼에도 불구하고 GF가 언급한 신뢰할 수 있는 미국 제조 기반이라는 문구는 그들의 인터포저가 전적으로 미국 내에서 제작된 SiP(System-in-Package)를 목표로 할 것임을 강력하게 시사합니다. 한편, 단순히 인터포저 생산을 늘리는 것만으로는 충분한 칩 온 웨이퍼 조립 및 테스트 역량이 확보되지 않는 한 완성된 AI 프로세서의 수를 늘릴 수 없습니다.

여전히 불분명한 점들

초기 계약은 5년 동안 유효하며 추가 용량 확대를 위한 메커니즘을 구축합니다. 하지만 회사들은 계획된 제조 물량, 확장과 관련된 자본 지출(CAPEX), 또는 20억 달러 규모의 합의금 세부 내역을 공개하지 않았습니다. 게다가, GF의 제조 역량이 CoWoS-S' 기술 발전과 어떻게 연계될지 알아내야 합니다.