CoWoS 공급은 언제 정상화될까? AI GPU 병목은 칩이 아니라 패키징에 있다

저희 집은 대구이고 본가는 대전입니다.

예전에는 거리만 보고 중부내륙고속도로를 자주 이용했습니다. 대구에서 대전으로 가는 길만 놓고 보면 그쪽이 더 짧아 보였기 때문입니다. 그런데 몇 번 다니다 보니 어느 순간부터 거의 경부고속도로를 타게 됐습니다.

이유는 단순했습니다.

중부내륙고속도로는 화물차가 너무 많습니다. 특히 1,2차로 전부 화물차가 길을 막고 두 대가 나란히 90km 정도로 달리면 뒤에 있는 차들은 추월도 못 하고 그대로 막힙니다. 차가 엄청 많은 것도 아닌데, 도로 한 구간이 막히면 전체 흐름이 느려집니다.

그래서 조금 돌아가더라도 경부고속도로를 이용합니다. 거리상으로는 더 멀어도 6~8차선 구간이 많고 흐름이 좋아서 실제 도착은 더 빠른 경우가 많았습니다.

AI 반도체 공급망을 보면서 이 장면이 계속 떠올랐습니다.

처음에는 GPU가 부족하면 엔비디아가 더 만들면 된다고 생각했습니다. TSMC가 웨이퍼를 더 찍고, SK하이닉스나 삼성전자, 마이크론이 HBM을 더 만들면 해결될 것처럼 보였습니다.

그런데 실제 병목은 조금 달랐습니다.

GPU라는 차는 있는데, GPU와 HBM을 연결하는 도로가 막혀 있었습니다.

그 도로가 바로 CoWoS입니다.

오늘은 CoWoS가 왜 AI 반도체 공급망의 핵심 병목이 되었는지, TSMC는 얼마나 빠르게 생산능력을 늘리고 있는지, ASE와 Amkor는 어떤 역할을 하는지, 그리고 CoWoS 공급 부족은 언제쯤 완화될 수 있을지 정리해보겠습니다.

1. CoWoS는 AI GPU의 마지막 연결 구간입니다

CoWoS를 너무 어렵게 볼 필요는 없습니다.

GPU는 계산을 담당합니다. HBM은 GPU가 계산할 데이터를 빠르게 공급합니다. CoWoS는 이 둘을 아주 가까운 거리에서 연결해 하나의 고성능 AI 가속기로 만드는 역할을 합니다.

기존 그래픽카드도 GPU와 메모리가 함께 들어갑니다. 하지만 AI GPU는 처리해야 할 데이터 규모가 훨씬 큽니다. 대규모 언어모델 학습과 추론에서는 GPU가 쉬지 않고 데이터를 읽고 계산해야 합니다. 이때 메모리와의 연결이 느리면 GPU 성능이 아무리 좋아도 병목이 생깁니다.

AnySilicon은 CoWoS를 TSMC가 2012년에 개발한 2.5D 및 3D 첨단 패키징 솔루션으로 설명합니다. 로직 다이와 HBM을 실리콘 인터포저 위에 배치하고, 짧은 전기적 경로로 연결하는 방식입니다.

NextPCB는 NVIDIA H100이 TSMC N4 공정 기반 GPU 다이와 6개의 HBM3를 CoWoS 구조로 연결해 최대 3.35TB/s 메모리 대역폭을 구현했다고 설명했습니다. 이 숫자가 중요한 이유는 단순합니다. AI GPU에서는 연산 성능만큼 데이터가 오가는 길의 폭이 중요하기 때문입니다.

그래서 CoWoS는 단순한 조립 공정이 아닙니다.

AI GPU의 성능과 출하량을 동시에 결정하는 마지막 연결 구간입니다.

2. 왜 GPU보다 CoWoS가 더 자주 언급될까

AI GPU 부족을 보면 보통 엔비디아를 먼저 떠올립니다. 하지만 엔비디아는 GPU를 직접 생산하지 않습니다. 엔비디아가 설계하고, TSMC가 선단 공정으로 GPU 다이를 만들고, HBM은 SK하이닉스·삼성전자·마이크론이 공급합니다.

문제는 그다음입니다.

GPU 다이와 HBM이 각각 준비되어도, 둘을 하나의 패키지로 묶는 CoWoS 슬롯이 부족하면 출하가 막힙니다. 자동차와 화물은 있는데 고속도로 진입로가 막힌 상황과 비슷합니다.

Silicon Analysts는 2026년 전 세계 CoWoS 패키징 총수요가 약 100만 장에 육박하는 반면, TSMC의 공급능력은 월 12만~13만 장 수준으로 제시했습니다. 같은 자료에서 CoWoS 대기 리드타임은 52~78주로 정리됐습니다.

이 수치는 CoWoS가 단순 보조 공정이 아니라는 점을 보여줍니다.

더 중요한 것은 물량 배분입니다. Silicon Analysts는 NVIDIA가 2026년 TSMC CoWoS 가용 캐파의 약 60%, 연간 약 59만5천 장을 확보했다고 밝혔습니다. Broadcom은 약 15%, AMD는 약 11%로 제시됐습니다.

즉 CoWoS 공급이 부족한 상황에서 선점한 기업과 그렇지 못한 기업의 격차가 커집니다. NVIDIA가 강한 이유는 GPU 성능만이 아닙니다. TSMC 선단 공정, HBM 공급망, CoWoS 패키징 슬롯까지 함께 확보하는 능력이 강점입니다.

3. TSMC는 CoWoS를 얼마나 늘리고 있나

CoWoS 공급망의 중심은 TSMC입니다.

TSMC는 단순히 웨이퍼를 잘 만드는 회사가 아닙니다. AI 반도체에서는 선단 공정과 첨단 패키징을 함께 제공할 수 있다는 점이 중요합니다. NVIDIA, AMD, Broadcom 같은 고객 입장에서는 GPU나 ASIC 다이만 필요한 것이 아니라, HBM과 결합된 완성 패키지가 필요합니다.

TSMC는 CoWoS 생산능력을 빠르게 늘리고 있습니다.

TSMC의 CoWoS 생산능력은 2024년 말 월 3만5천 장 수준에서 2025년 말 월 7만5천~8만 장 수준으로 확대됐고, 2026년 말에는 월 12만~14만 장 수준까지 올라가는 흐름입니다.

이 표현은 반드시 조심해야 합니다. 이 수치는 TSMC가 모든 항목을 공식적으로 세부 공개한 생산량이라기보다, Silicon Analysts와 관련 산업 분석에서 제시한 추정치입니다. 하지만 방향성은 분명합니다.

TSMC는 CoWoS를 2024년 대비 2026년까지 몇 배 규모로 키우고 있습니다.

TSMC는 CoWoS 생산능력 확대를 위해 대만 내 첨단 패키징 거점을 계속 늘리고 있습니다. 자이 AP7은 CoWoS-L 생산을 담당하는 핵심 거점으로 구축되고 있고, 난커 AP8도 신규 생산라인을 통해 첨단 패키징 캐파 확대를 지원할 예정입니다. 이는 단순히 공장을 늘리는 것이 아니라, AI GPU 공급 병목으로 떠오른 CoWoS 처리능력을 근본적으로 높이기 위한 투자라고 볼 수 있습니다.

TSMC가 이렇게까지 움직이는 이유는 명확합니다.

AI 반도체의 병목이 웨이퍼에서 패키징으로 이동했기 때문입니다.

과거에는 선단 공정 캐파가 가장 중요했습니다. 지금도 중요합니다. 하지만 AI GPU에서는 선단 공정만 확보해서는 부족합니다. HBM과 연결되는 첨단 패키징이 없으면 최종 제품이 나오지 않습니다.

4. CoWoS-L이 더 어려운 이유

이번 글에서 기술 설명을 길게 반복할 필요는 없지만, CoWoS-L은 짚고 넘어가야 합니다. 왜냐하면 Blackwell 이후 병목을 이해하는 데 중요하기 때문입니다.

Blackwell B200은 기존 GPU보다 패키지 구조가 더 복잡합니다. 2개의 대형 로직 다이와 여러 개의 HBM3E를 하나의 패키지 안에서 연결해야 합니다. 패키지가 커질수록 단순히 면적만 커지는 것이 아닙니다. 열팽창, 휨, 미세 접합 불량, 테스트 난이도까지 함께 올라갑니다.

3D InCites는 Blackwell 초기 생산 과정에서 CoWoS-L 구조의 대형 패키지와 열팽창 계수 차이에 따른 휨 문제가 제기됐다고 설명했습니다. 해당 자료는 CoWoS-L 초기 성숙 수율이 50~60%대까지 낮아졌던 구간을 언급했습니다.

이 수치는 대형 패키징이 얼마나 어려운지 보여줍니다.

TSMC가 설비를 늘려도 초기 수율이 낮으면 실제 출하량은 기대보다 적을 수 있습니다. 겉으로 보이는 장비 수와 실제 양품 생산능력 사이에는 차이가 있습니다.

CoWoS 병목은 단순히 라인 숫자의 문제가 아니라 수율과 안정화의 문제입니다.

5. ASE와 Amkor는 왜 중요해졌나

TSMC가 CoWoS의 중심인 것은 맞습니다. 하지만 모든 후공정 수요를 TSMC 내부에서만 처리하기는 어렵습니다. 그래서 ASE와 Amkor 같은 OSAT 기업의 역할이 커지고 있습니다.

TrendForce는 ASE 산하 SPIL이 대만 마스크의 주난 Plant 6를 28억 대만달러에 인수했다고 전했습니다. 해당 부지는 TSMC 주난 AP6와 가까운 위치로 정리됐습니다. 이는 TSMC 첨단 패키징 수요가 외부 OSAT로 흘러가는 흐름과 연결됩니다.

ASE는 단순 조립 업체로만 보기 어렵습니다. AI 반도체에서는 후공정이 성능과 출하량을 좌우합니다. 패키지가 커지고 테스트가 복잡해질수록 OSAT의 기술 수준도 중요해집니다.

Amkor도 중요한 축입니다.

Amkor는 미국 애리조나 피오리아에 첨단 패키징 캠퍼스를 추진하고 있습니다. Amkor는 피오리아 프로젝트의 총 투자 규모를 70억 달러로 제시했고, 2028년 1분기 본격 양산 일정이 거론됩니다.

이 프로젝트는 단순한 후공정 공장 하나가 아닙니다.

TSMC 애리조나 팹과 미국 내 AI 반도체 공급망 재편 흐름을 함께 봐야 합니다. 미국에서 선단 웨이퍼를 생산해도, 이를 AI 가속기로 완성하려면 첨단 패키징이 필요합니다. Amkor는 이 빈칸을 채우는 역할을 맡고 있습니다.

AI 반도체 공급망은 이제 전공정만의 싸움이 아니라 후공정까지 포함한 전체 인프라 경쟁입니다.

6. CoWoS 뒤에는 ABF 기판과 테스트도 있습니다

CoWoS만 늘어난다고 모든 문제가 해결되지는 않습니다.

AI GPU 패키지는 매우 큽니다. GPU, HBM, 인터포저, 기판이 모두 안정적으로 연결돼야 합니다. 여기서 ABF 기판이 중요해집니다. ABF 기판은 완성된 패키지와 서버 보드를 연결하는 핵심 부품입니다.

Mordor Intelligence는 14층 이상 고사양 ABF 기판의 대기 시간이 2025년 상반기 기준 평균 28주 초과 수준까지 길어졌다고 설명했습니다. AI GPU 패키지는 면적이 커질수록 더 많은 전력과 신호를 안정적으로 처리해야 하기 때문에, 고다층 ABF 기판은 CoWoS 뒤에 숨어 있는 또 하나의 병목으로 봐야 합니다

테스트도 새로운 병목으로 올라오고 있습니다.

Wing Venture Capital은 과거 5nm급 모바일 SoC 테스트 시간이 칩당 평균 50초 수준이었던 반면, NVIDIA Blackwell 계열 같은 다중 칩렛 AI 가속기 테스트 시간은 20분 이상으로 늘어났다고 설명했습니다. 테스트 시간이 20분 이상으로 늘어나면 장비 한 대가 처리할 수 있는 칩 수가 크게 줄어듭니다.

이 부분이 중요합니다.

CoWoS 패키징을 끝냈더라도 테스트 장비에서 막히면 출하가 늦어집니다. 특히 AI 가속기는 제품 단가가 높고 구조가 복잡하기 때문에 검증을 대충 할 수 없습니다.

그래서 Advantest와 Teradyne 같은 테스트 장비 기업도 AI 반도체 밸류체인에서 중요해지고 있습니다.

CoWoS 병목은 패키징 라인에서 끝나지 않습니다. ABF 기판과 테스트까지 이어지는 후공정 전체 병목입니다.

7. 공급 부족은 언제 완화될까

가장 중요한 질문입니다.

CoWoS 공급은 언제 정상화될까요?

현재 흐름을 보면 2026년부터는 부족이 완화될 가능성이 있습니다. TSMC가 공격적으로 CoWoS 생산능력을 늘리고 있고, ASE와 Amkor 같은 OSAT 기업도 첨단 패키징 투자를 확대하고 있기 때문입니다.

TrendForce는 TSMC의 CoWoS 생산능력 확대와 OSAT 협업 효과를 근거로 2027년 상반기를 공급 완화 구간으로 봤습니다. 반면 SemiAnalysis는 에이전트 AI와 추론 수요 확대가 가속기 수요를 계속 끌어올릴 수 있기 때문에 공급 균형이 2028년 이후로 밀릴 수 있다는 시각을 제시했습니다.

Goldman Sachs는 다른 관점을 제시했습니다. Goldman Sachs는 하이퍼스케일러들의 데이터센터 건설용 부채와 AI 투자 회수율 문제를 근거로 2027년 공급 초과 전환 가능성을 언급했습니다.

즉 기관마다 보는 지점이 다릅니다.

TrendForce는 증설 속도를 봅니다.

SemiAnalysis는 AI 사용량 증가와 수요의 재가속을 봅니다.

Goldman Sachs는 하이퍼스케일러 투자 지속 가능성과 ROI를 봅니다.

그래서 결론은 단순하지 않습니다.

CoWoS 공급은 2026년부터 완화될 수 있지만, 완전한 정상화는 수요가 얼마나 더 커지는지에 달려 있습니다.

특히 Rubin, Rubin Ultra, HBM4 세대로 넘어가면 패키지는 더 커지고 복잡해집니다. 공급은 늘어나지만, 한 제품이 요구하는 패키징 난이도도 함께 올라갑니다.

따라서 CoWoS는 2026~2027년에 극심한 부족은 줄어들 수 있지만, AI 반도체 산업에서 계속 프리미엄 병목으로 남을 가능성이 큽니다.

8. 투자자는 CoWoS 하나만 보면 안 됩니다

투자 관점에서 CoWoS는 매우 중요한 신호입니다.

하지만 CoWoS 하나만 보고 끝내면 안 됩니다. CoWoS가 부족하다는 말은 그 주변 밸류체인도 같이 봐야 한다는 뜻입니다.

먼저 TSMC입니다.

TSMC는 선단 공정과 CoWoS를 함께 잡고 있습니다. 고객 입장에서는 GPU 다이를 만드는 것과 HBM을 붙여 완성 패키지로 만드는 것을 함께 맡길 수 있습니다. 이 구조는 TSMC의 협상력을 높입니다.

다음은 OSAT입니다.

ASE와 Amkor는 TSMC 내부 병목을 일부 분산시키는 역할을 합니다. 특히 Amkor의 미국 패키징 투자는 TSMC 애리조나, 미국 반도체 공급망 재편, 빅테크 AI 인프라 투자와 연결됩니다.

그다음은 ABF 기판입니다.

Ibiden은 2026회계연도부터 2028회계연도까지 총 5,000억 엔 규모의 설비투자를 승인하며 AI 서버용 고사양 ABF 기판 생산능력 확대에 나섰습니다. Unimicron도 AI GPU용 고다층 기판 증설을 진행하고 있어, AI 패키지 대형화가 이어질수록 두 기업의 역할은 더욱 커질 가능성이 있습니다..

마지막은 테스트 장비입니다.

Wing Venture Capital이 제시한 50초에서 20분 이상으로의 테스트 시간 증가는 Advantest와 Teradyne 같은 기업의 중요성을 보여줍니다. 칩 출하량보다 테스트 장비 점유 시간이 더 빠르게 늘면, 테스트 장비는 새로운 병목이 됩니다.

투자자는 제품보다 병목을 봐야 합니다.

GPU가 부족하면 NVIDIA가 보입니다.
HBM이 부족하면 SK하이닉스, 삼성전자, 마이크론이 보입니다.
CoWoS가 부족하면 TSMC와 첨단 패키징 생태계가 보입니다.
테스트가 부족하면 Advantest와 Teradyne이 보입니다.
ABF 기판이 부족하면 Ibiden과 Unimicron이 보입니다.

AI 인프라 투자는 단일 종목 게임이 아닙니다. 병목이 어디에 있는지 따라가야 합니다.

9. 결론

중부내륙고속도로를 달릴 때 답답한 이유는 차가 없어서가 아닙니다.

화물차 두 대가 나란히 90km로 달리며 1차선과 2차선을 막아버리면, 뒤에 있는 차들은 아무리 성능이 좋아도 앞으로 나가지 못합니다.

AI GPU도 비슷합니다.

GPU 다이가 있어도, HBM이 있어도, 둘을 연결하는 CoWoS가 막히면 최종 제품은 나오지 않습니다.

CoWoS는 GPU와 HBM 사이에 깔린 초고속 고속도로입니다. 이 고속도로가 막히면 AI GPU 공급 전체가 느려집니다.

TSMC는 CoWoS 생산능력을 빠르게 늘리고 있습니다. Silicon Analysts는 TSMC의 CoWoS 생산능력이 2026년 말 월 12만~13만 장 수준까지 확대될 수 있다고 봤습니다. TrendForce는 증설과 OSAT 협업 효과로 2027년 상반기 공급 완화 가능성을 제시했습니다.

하지만 SemiAnalysis는 AI 추론 수요와 에이전트 AI 확산으로 수요가 계속 늘어나면 공급 균형이 2028년 이후로 밀릴 수 있다고 봤습니다. Goldman Sachs는 반대로 하이퍼스케일러 투자 회수율과 데이터센터 부채 부담을 근거로 2027년 공급 초과 전환 가능성을 언급했습니다.

결국 CoWoS 정상화 시점은 하나의 숫자로 단정하기 어렵습니다.

공급은 늘고 있습니다. 하지만 수요도 같이 늘고, 패키징 난이도도 올라가고 있습니다.

그래서 투자자는 CoWoS를 단순한 후공정 기술로 보면 안 됩니다.

CoWoS는 AI 반도체 공급망에서 GPU와 HBM을 실제 제품으로 바꾸는 핵심 병목입니다. 그리고 그 주변에는 TSMC, ASE, Amkor, Ibiden, Unimicron, Advantest, Teradyne 같은 기업들이 연결되어 있습니다.

AI 반도체 투자는 엔비디아 하나만 보는 게임이 아닙니다.

AI 인프라의 진짜 기회는 병목이 생기는 곳에서 나타납니다.

지금 CoWoS가 중요한 이유도 바로 여기에 있습니다.

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