TSMC-윈본드, Wafer-on-Wafer 메모리 적층 기술로 AI '메모리 벽' 허문다

TSMC가 대만 메모리 반도체 업체 윈본드 일렉트로닉스(Winbond Electronics)와 손잡고 '웨이퍼 온 웨이퍼(Wafer-on-Wafer, WoW)' 메모리 적층 기술 개발에 나섰다는 소식이다. 2026년 6월 말 대만 현지 언론이 처음 보도한 이 협력은 AI 칩의 핵심 난제인 '메모리 벽(Memory Wall)'을 정면 돌파하는 동시에, TSMC가 삼성전자·SK하이닉스·마이크론 등 기존 3대 DRAM 공급사에 전적으로 의존해온 구조를 흔들기 위한 전략적 움직임으로 평가된다 . 특히 글로벌 HBM(고대역폭메모리) 공급이 2027년까지 매진되고 2030년까지도 부족 현상이 이어질 것으로 예상되는 상황에서 나온 결정이어서 반도체 업계의 이목을 집중시키고 있다 .

협력의 핵심 내용

• WoW 기술: WoW는 기존 방식처럼 메모리를 프로세서 옆 인터포저(interposer) 위에 나란히 배치하는 2.5D 패키징(TSMC의 CoWoS가 대표적)과 달리, DRAM 웨이퍼 전체를 로직 웨이퍼(AI GPU·가속기 등) 위에 직접 하이브리드 본딩(hybrid bonding) 방식으로 수직 적층하는 기술이다 .
• 윈본드의 역할: 윈본드는 자체 12인치 웨이퍼 생산 능력과 높은 수율을 인정받아 DRAM 웨이퍼를 공급한다. 결정적으로 윈본드가 보유한 독자 메모리 솔루션 '큐브(CUBE, Customized Ultra-High Bandwidth Element)'가 TSMC의 선택을 받은 주요 요인으로 꼽힌다 . CUBE는 WoW 및 CoW(칩 온 웨이퍼) 구조에 맞춰 설계된 초고대역폭 메모리로, HBM 급 성능을 훨씬 낮은 전력과 비용으로 제공할 수 있는 것으로 알려졌다 .
• 규모: 대만 현지 매체들은 이번 협력을 '세기적 대협력(世紀大合作)'이라고 평가하며, 그간 틈새 메모리 업체에 머물렀던 윈본드가 처음으로 AI 서버 핵심 공급망에 진입하는 중대한 전환점이라고 보도했다 .

'메모리 벽'을 어떻게 해결하나

메모리 벽이란 프로세서 속도가 메모리 대역폭과 접근 속도를 훨씬 앞지르면서 발생하는 근본적인 문제로, 데이터 이동 자체가 AI 작업의 성능을 제한하는 현상을 말한다 . WoW 적층 기술은 DRAM 웨이퍼 전체를 로직 웨이퍼와 직접 '얼굴 대 얼굴(face-to-face)'로 본딩해 데이터가 이동해야 하는 물리적 거리를 마이크로미터(μm) 단위로 극단적으로 줄이고, 수직 연결 지점(interconnect)을 획기적으로 늘린다 . 이는 CoWoS 같은 기존 2.5D 패키징 방식보다 훨씬 높은 대역폭 밀도와 낮은 지연시간을 제공한다 . 특히 윈본드의 CUBE는 'HBM과 유사한 성능을 더 적은 전력과 비용으로' 낼 수 있어, AI 메모리 통합의 비용 효율적 대안으로 주목받고 있다 .

삼성·SK하이닉스·마이크론 의존도 낮추기

WoW 같은 3D 적층 기술에서 TSMC는 그동안 DRAM 웨이퍼 전량을 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 글로벌 3강(ex. '빅3')에 의존해 왔다 . 그런데 이들 3사는 AI 열풍으로 HBM 생산 능력이 최소 2027년까지 완전히 매진됐고, 일부 전문가들은 이러한 HBM 공급 부족이 2030년 이후까지도 이어질 수 있다고 내다본다 . 이는 TSMC의 AI 칩 패키징 생산 자체에 구조적 병목을 초래하는 요인이었다. 이번 윈본드와의 협력으로 TSMC는 기존 3강에 더해 네 번째이자 대만 현지 기반의 메모리 웨이퍼 공급처를 확보하게 됐다. 이를 통해 TSMC는 한국과 미국 메모리 '빅3'의 가격 협상력과 물량 배분 결정에 덜 취약해질 전망이다 . 실제로 TSMC의 C.C. 웨이(魏哲家) CEO는 최근 메모리 공급사들이 공급난을 틈타 과도한 이익을 챙기는 데 대해 공개적으로 불만을 표출한 바 있다 .

다만 윈본드는 '빅3'에 비하면 생산 규모가 훨씬 작은 업체다. 이번 협력은 대규모 HBM 물량이 필요한 CoWoS 패키징을 대체하기보다는, WoW 전용 특수 DRAM 분야에 초점을 맞춘 것으로 보인다. 따라서 TSMC가 당분간 주류 HBM 시장에서 삼성·SK하이닉스·마이크론에 크게 의존하는 구조는 변하지 않을 것이다.

대만 메모리 산업에 미치는 영향과 글로벌 공급난

이번 협력은 윈본드의 위상을 근본적으로 바꿔 놓을 전망이다. 그간 범용 DRAM·플래시 메모리 공급업체에 머물렀던 윈본드는 이번 기회를 통해 AI 칩 패키징의 핵심 부품 공급사로 도약하게 된다 . 이는 대만 반도체 산업이 추진해온 '대만 내 DRAM 공급망 현지화(localized Taiwan DRAM supply chain)' 가 가시화되고 있음을 의미한다 . 대만은 이미 파운드리(TSMC)와 첨단 패키징 분야에서 세계를 선도하고 있다. 여기에 국내 메모리 파트너가 추가되면서 AI 칩 생태계 전체의 공급망 회복탄력성이 한층 강화될 것으로 기대된다. 흥미롭게도 대만의 다른 파운드리 업체인 PSMC(파워칩)도 별도로 3D WoW 접합 기술을 통해 '메모리 벽' 문제에 대응하겠다고 발표했다 . 이는 대만 업계가 그간 한국과 미국 기업의 전유물이었던 AI 메모리 시장을 적극적으로 공략하려는 움직임을 보여준다.

HBM 물량이 2027년까지 이미 확정되었고 2030년 이후까지도 공급 부족이 예상되는 상황에서 , 한국이나 마이크론이 아닌 새로운 공급처가 등장한다는 사실은 TSMC뿐 아니라 AI 반도체 공급망 전체에 전략적으로 중요한 의미를 가진다.

반드시 알아야 할 한계점

아직 TSMC와 윈본드 모두 공식적으로 이번 협력을 확정 발표하지는 않았다. 현재까지의 정보는 업계 소식통과 대만 언론 보도에 기반한다 . 또한 윈본드의 생산 규모는 '빅3'에 훨씬 못 미친다. 따라서 이번 협력은 TSMC가 삼성·SK하이닉스·마이크론에 대한 의존도를 당장 완전히 대체할 수 있는 카드라기보다는, 기술 역량 강화와 공급망 다변화를 위한 전략적 첫걸음으로 이해하는 것이 옳다.