Advanced packaging

한 줄로 말하면

Advanced packaging은 여러 칩, 메모리, 인터커넥트를 한 패키지 안에서 가깝고 빠르게 연결해 하나의 고성능 시스템처럼 쓰게 만드는 기술 묶음입니다.

비유로 이해하기

예전에는 한 도시 안의 중요한 기능을 큰 건물 하나에 모두 넣으려 했다고 생각해봅시다. 그런데 건물이 너무 커지고 복잡해지면 짓기 어렵고 비용도 커집니다. 그래서 여러 전문 건물을 아주 가까운 캠퍼스 안에 두고, 고속 통로로 연결하는 방식이 등장합니다.

Advanced packaging은 칩에서 그런 캠퍼스에 가깝습니다. GPU die, HBM, I/O die, chiplet들을 한 패키지 안에 가까이 두고 빠르게 연결해, 하나의 큰 칩처럼 동작하게 만듭니다.

비유의 한계도 있습니다. 실제 패키징은 단순히 가까이 붙이는 작업이 아니라, 열, 전력, 신호 무결성, 수율, 재료, 장비, 테스트가 함께 맞아야 하는 고난도 제조 과정입니다.

정확한 정의

Advanced packaging은 전통적인 패키징보다 더 높은 밀도, 더 빠른 연결, 더 낮은 전력 소모를 목표로 하는 반도체 패키징 기술입니다. 2.5D packaging, interposer, chiplet integration, fan-out, 3D stacking 같은 방식이 여기에 포함될 수 있습니다.

핵심은 “공정 미세화만으로 성능을 올리는 시대”에서 “여러 die를 어떻게 조합하고 연결하느냐”의 중요성이 커졌다는 점입니다. 특히 AI accelerator에서는 HBM과 연산 chip을 가까이 연결하는 능력이 성능과 공급량을 좌우할 수 있습니다.

왜 중요한가

1. 공정 미세화만으로 부족해진다

반도체 성능 향상은 오랫동안 더 작은 transistor를 더 많이 넣는 방식으로 설명됐습니다. 하지만 미세화 비용과 난도가 높아지면서, 여러 기능을 한 die에 모두 넣는 방식이 항상 최선은 아니게 됐습니다.

Advanced packaging은 서로 다른 die를 조합해 성능, 원가, 수율을 절충하는 길을 엽니다.

2. AI accelerator의 실제 출하 병목이 될 수 있다

AI accelerator는 연산 chip만 있으면 끝나지 않습니다. 대용량 HBM, 고속 interconnect, substrate, 테스트 capacity가 필요합니다. 이때 advanced packaging capacity가 부족하면 수요가 있어도 완제품 출하가 막힐 수 있습니다.

그래서 AI capex cycle을 볼 때는 GPU 설계 회사뿐 아니라 HBM, packaging, substrate, 장비·소재까지 함께 봐야 합니다.

3. 산업 내 가치가 제조 후공정으로 이동한다

전통적으로 패키징은 전공정에 비해 덜 주목받는 후공정으로 여겨졌습니다. 하지만 고성능 컴퓨팅에서는 패키징이 성능과 공급량을 좌우할 수 있습니다. 이 변화는 OSAT, foundry packaging service, memory supplier, 장비·소재 회사의 역할을 바꿉니다.

실제 예시

GPU와 HBM

AI GPU 패키지에는 연산 die와 HBM stack이 함께 들어갑니다. HBM은 빠른 메모리지만, 연산 chip과 충분히 넓고 짧은 통로로 연결되어야 효과가 납니다. 이 연결 구조를 만드는 데 advanced packaging이 중요합니다.

Chiplet 설계

하나의 거대한 die 대신 여러 chiplet을 조합하면, 서로 다른 공정으로 만든 기능 블록을 묶을 수 있습니다. 예를 들어 연산 die는 선단 공정으로, I/O die는 더 성숙한 공정으로 만들고 패키지 안에서 연결하는 식입니다.

헷갈리지 말아야 할 점

• 패키징은 단순 포장이 아닙니다. 고성능 반도체에서는 성능, 전력, 열, 수율을 좌우하는 설계·제조 단계입니다.
• Advanced packaging과 OSAT는 같은 말이 아닙니다. OSAT는 외주 조립·테스트 사업자를 뜻하고, advanced packaging은 기술 범주입니다. Foundry나 IDM도 advanced packaging 역량을 가질 수 있습니다.
• Chiplet은 공짜 점프가 아닙니다. 여러 die를 연결하면 설계 복잡도, 테스트, 신호 지연, software 최적화 문제가 생깁니다.
• HBM 수요와 packaging 수요는 같이 움직일 수 있습니다. HBM을 많이 쓰는 accelerator일수록 패키징 capacity와 substrate 품질이 중요해집니다.

관련 문서

• 반도체 밸류 체인 공부 지도
• 반도체 밸류 체인
• Fabless, Foundry, IDM
• HBM
• AI capex cycle
• LLM inference serving

출처

• ASML — Lithography principles
• KLA — Products
• Semiconductor Engineering
• SemiAnalysis RSS