TSMC, COUPE 플랫폼으로 2028년까지 실리콘 포토닉스 생산능력 50배 확장

웨이퍼당 약 648개의 다이가 생산된다고 가정할 경우, 2028년 목표 생산능력 기준 연간 약 1억9400만개의 PIC 다이를 생산할 수 있다 . 현재 월 500장 수준의 생산능력은 연간 약 400만개에 해당한다 .

주요 고객: 엔비디아와 브로드컴이 선두

엔비디아와 브로드컴이 COUPE 양산의 초기 선두 고객으로 확인됐으며, 이미 주문이 접수된 것으로 알려졌다 . 2026~2027년 초기 램프 단계에서는 PIC 생산능력이 제한적이어서, 이 두 회사가 초기 생산량의 주요 수혜자가 될 전망이다 .

엔비디아는 광학 공급망 확보에 적극적으로 나서고 있다. 2026년 3월, 엔비디아는 Lumentum과 Coherent에 각각 20억 달러씩 총 40억 달러를 투자해 고성능 레이저 칩과 첨단 광학 소재에 대한 다년간 조달 계약을 체결했다 . 엔비디아는 2026년 하반기에 TSMC의 SoIC 기술을 활용한 Spectrum-X 이더넷 포토닉스 스위치를 포함한 COUPE 기반 스위치를 출시할 계획이다 .

기술: COUPE + SoIC-X

COUPE는 근본적으로 패키징 혁신이다. TSMC의 첨단 SoIC-X(System on Integrated Chips) 기술을 사용해 전자 집적회로(EIC)를 포토닉 집적회로(PIC) 위에 하이브리드 구리-구리 본딩 방식으로 직접 적층한다 . EIC는 65nm급 공정 노드로 생산되며, PIC가 광 신호 처리를 담당한다 .

이 이종 집적이 핵심 성능 동인이다. 전자 칩과 포토닉 칩을 서브-텐-마이크로미터 피치로 본딩함으로써, TSMC는 COUPE가 기존 플러거블 광 모듈 대비 전력 효율 510배, 지연 시간 1020배 개선, 더 작은 면적을 제공한다고 주장한다 .

이 접근 방식은 광범위한 생태계를 구축하고 있다. TSMC는 EDA(전자설계자동화) 툴 벤더인 Ansys, Synopsys, Cadence와 협력해 포토닉 설계를 지원하고 있으며, Himax가 1세대 및 2세대 COUPE용 마이크로렌즈 어레이의 독점 공급업체로 확인됐다 .

CPO 시장, 2026년 변곡점 맞아

2026년은 공팩키지드 옵틱스(CPO)가 시범 운영에서 본격적인 상업 생산으로 전환되는 해로 널리 평가받고 있다 . 여러 시장 조사 보고서가 이 타임라인을 지지한다: CPO 시장은 2026년 22억42억 달러 규모로 추정되며, 2031년까지 연평균 2535% 성장할 것으로 전망된다 . IDTechEx는 2036년까지 시장이 200억 달러를 초과하며 연평균 37% 성장할 것으로 예측한다 .

AI 데이터센터가 주요 수요 동인이다. 엔비디아가 2026년 CES에서 공개한 Spectrum-6 이더넷 스위치는 통합 실리콘 포토닉 엔진을 사용해 총 409.6Tbps의 대역폭을 제공하며, 이전 세대 대비 상호연결 전력 소비를 5분의 1로 줄였다 . 브로드컴과 마벨도 1.6T 이상을 목표로 하는 CPO 플랫폼을 개발 중이다 .

전력 효율성은 설득력 있는 요소다. 2025년 초 기존 구리 및 플러거블 시스템은 비트당 12~15피코줄(pJ)을 소비했지만, 브로드컴과 엔비디아의 새로운 CPO 시스템은 비트당 5pJ 이하로 작동하며, 궁극적으로 비트당 1pJ 미만을 목표로 하고 있다 .

수율 과제와 패키징 병목

확장 계획에는 상당한 위험이 따릅니다. 보고서는 초기 생산에서 SoIC 적층 수율이 약 50%에 불과할 것으로 추정하며, 이는 원시 PIC 다이 개수 대비 완성된 광학 엔진 수를 사실상 반으로 줄인다는 것을 의미합니다 . 하류 조립 수율 손실까지 고려하면 실제 광학 엔진 출하량은 원시 다이 개수(1억9400만개)보다 훨씬 낮은 약 4860만개(2028년 목표 기준)에 그칠 것으로 추정됩니다 .

첨단 패키징 능력 자체도 병목 현상의 원인입니다. TSMC의 CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 생산능력은 2026년까지 매진됐으며, C.C. 웨이 CEO는 CoWoS가 여전히 매우 타이트하다고 공개적으로 인정했습니다 . TSMC는 2022년부터 2027년까지 CoWoS 생산능력이 연평균 80% 이상 성장할 것으로 예상하지만, 실리콘 포토닉스는 이제 GPU와 HBM 통합으로 이미 포화 상태인 동일한 첨단 패키징 단지(CoWoS 및 SoIC)를 두고 경쟁하고 있습니다 . 업계 분석가들은 TSMC의 실리콘 포토닉스 생산능력이 CoWoS 이후 AI 공급망의 다음 병목 현상이 될 것으로 지적합니다 .

요약: TSMC PIC 생산능력 로드맵

결론

TSMC는 AI 데이터센터 수요에 힘입어 COUPE/SoIC-X 플랫폼을 기반으로 실리콘 포토닉스 분야에서 역사적으로 공격적인 생산능력 확장을 추진하고 있다. 3년도 안 되는 기간 동안 월 500장에서 2만5000장으로의 50배 증가는 AI 하드웨어 공급망 전체에 영향을 미칠 전망이다. 그러나 약 50% 수준의 SoIC 적층 수율을 비롯한 수율 안정성과 광범위한 첨단 패키징 병목 현상이 가장 큰 단기적 위험 요인으로 남아 있다 .

성공한다면, TSMC의 '빛에 대한 베팅'은 AI 시대 상호연결 기술의 중심 파운드리로서의 입지를 굳히고, 로직과 첨단 패키징을 넘어 광학 영역으로 그 지배력을 확장할 것이다.