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패키징 병목: AI의 초크포인트가 된 첨단 패키징
첨단 패키징은 AI 인프라 공급망에서 가장 심각한 물리적 병목이다. NVIDIA의 Blackwell부터 Google의 TPU까지 모든 고성능 AI 칩은 컴퓨트 다이와 HBM 메모리 스택을 연결하기 위해 첨단 패키징(CoWoS, 하이브리드 본딩, 2.5D/3D 집적)을 필요로 한다. TSMC의 CoWoS 생산능력은 2023년 이후 완전히 매진되었으며, 증설 일정은 분기 단위가 아니라 연 단위로 측정된다. 패키징 생산능력과 장비를 장악한 기업들 — TSMC, BESI(하이브리드 본딩), ASE(OSAT), 그리고 기판 제조사들 — 은 물리적 우회로가 존재하지 않기 때문에 구조적 가격 결정력을 가진다.
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패키징이 병목인 이유
현대 AI 칩은 단일 구조가 아니다 — 컴퓨트, 메모리, I/O 등 여러 다이가 첨단 패키징을 통해 연결된 시스템이다. NVIDIA의 Blackwell GPU는 TSMC의 CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)를 사용하여 컴퓨트 다이와 HBM3E 메모리 스택을 결합한다. 이 패키징 단계가 없으면 칩은 작동하지 않는다.
문제는 첨단 패키징 생산능력이 웨이퍼 제조보다 훨씬 더 제약되어 있다는 점이다. TSMC는 패키징할 수 있는 양보다 더 많은 웨이퍼를 제조할 수 있다. 이로 인해 패키징이 전체 AI 칩 공급망의 처리량 제한 요인이 된다. NVIDIA GPU가 하나 더 필요할 때마다 아직 존재하지 않는 패키징 생산능력이 필요하다.
주요 기업과 투자 관점
TSMC는 CoWoS 생산능력의 대부분을 장악하고 있으며 확장에 막대한 투자를 하고 있지만, 신규 생산능력이 가동되기까지 18~24개월이 걸린다. 가격 결정력이 강하다.
BESI는 하이브리드 본딩 장비의 선두 공급업체다 — 칩 간 더 고밀도의 연결을 가능하게 하는 차세대 패키징 기술이다. 하이브리드 본딩은 HBM4 및 향후 아키텍처에 필수적이다. BESI의 수주 현황은 패키징 생산능력 확장의 선행지표다.
ASE Technology는 최대 규모의 OSAT(외주 반도체 조립 및 테스트) 업체로, TSMC의 CoWoS에 접근할 수 없는 고객들을 위해 첨단 패키징을 처리한다.
기판 제조사(Ibiden, Shinko, Samsung Electro-Mechanics)는 첨단 패키지의 기저층을 형성하는 유기 및 유리 기판을 공급한다. 기판 공급은 제약 안의 또 다른 제약이다.
포트폴리오에 대한 의미
패키징 기업들은 유사한 병목 위치를 차지하고 있음에도 컴퓨트 기업들(NVIDIA, AMD)보다 낮은 밸류에이션 멀티플에서 거래된다. 이러한 밸류에이션 격차는 패키징이 일반 투자자들에게 덜 가시적이기 때문에 존재한다. Closelook의 Constraint Sectors 논제는 AI 칩 공급이 제조가 아니라 패키징에 의해 제한된다는 사실을 시장이 인식하면서 이 격차가 좁아질 것이라고 제시한다.