AI 열풍의 중심에서 불타오르는 기업, 엔비디아. ChatGPT, 생성형 AI, 자율주행, 로봇 등 거의 모든 최신 기술이 엔비디아의 GPU를 필요로 하며, 주가는 날개를 달고 올랐다. 하지만 화려한 외면 뒤에는 쉽게 간과되는 한 가지 구조적 위험이 숨어 있다. 바로 공급망 병목과 대만의 반도체 제조사 TSMC에 대한 절대적 의존도다.
AI 슈퍼사이클은 거대한 수요를 만들어내고 있지만, 그것이 실제로 공급까지 이어질 수 있는가는 별개의 문제다. 엔비디아의 미래가 타인의 손에 달려 있다는 사실은 투자자와 업계 모두가 곱씹어야 할 핵심 이슈다.
TSMC 없이는 GPU도 없다
엔비디아는 팹리스 기업이다. 즉, 반도체 설계만 할 뿐 제조는 외부 파운드리에 위탁한다. 엔비디아의 최신 AI 칩, 예를 들어 H100이나 신형 B100은 TSMC의 5nm 공정과 더불어, 고급 패키징 기술인 CoWoS를 필요로 한다.
여기서 문제는 단순한 제조 위탁을 넘어, TSMC의 특정 공정과 생산 능력에 거의 전적으로 의존하고 있다는 점이다. CoWoS는 고성능 GPU를 가능하게 해주는 핵심 공정인데, 이 기술은 아직 TSMC만이 대규모로 안정적으로 제공할 수 있다. 삼성도 경쟁하려 하지만, 수율과 신뢰성 면에서 아직은 열세다.
즉, 엔비디아는 TSMC의 생산 일정, 장비 확보 상황, 기술 업데이트에 따라 자사 제품의 공급 능력과 출시 속도가 제한된다. 아무리 수요가 폭증해도, TSMC가 생산하지 못하면 시장을 놓칠 수밖에 없다.
이런 구조는 다음과 같은 문제를 야기한다.
생산 리드타임 지연 H100 수요가 몰릴 때, 납기 기간이 6개월 이상으로 밀리기도 했다.
우선순위 경쟁 애플, AMD, 퀄컴 등 다른 대형 고객과의 라인 배정 경쟁에서 밀릴 위험.
단가 협상력 약화 TSMC는 독점적 지위를 활용해 가격 협상에서 유리한 위치를 차지한다.
엔비디아의 기술력이 아무리 뛰어나도, 제조 능력이 따라주지 않으면 무기력한 설계도면에 불과하다. 이것이 바로 TSMC가 엔비디아의 목줄을 쥐고 있다는 표현이 나오는 이유다.
패키징 전쟁, 병목은 공정이 아니라 조립 기술이다
많은 사람들이 반도체 공급을 이야기할 때 나노미터 공정 기술에만 집중한다. 하지만 AI 칩의 경우, 성능을 좌우하는 요소 중 하나는 오히려 패키징 기술, 그 중에서도 CoWoS와 같은 고대역폭 메모리 통합 방식이다.
엔비디아의 H100, B100은 고속 HBM을 GPU 코어와 바로 붙이는 방식으로 만들어진다. 이때 필요한 게 바로 TSMC의 고급 패키징 설비다.
그런데 이 패키징 공정은 라인 수가 제한적이고, 초기 투자비가 워낙 커서 단기간에 확장할 수 없다. 실제로 2023년부터 AI 붐이 본격화되자, TSMC의 CoWoS 생산 능력은 포화 상태에 이르렀고, 이는 곧 납기 지연, 가격 상승, 공급 불균형으로 이어졌다.
TSMC는 CoWoS 캐파를 연간 약 2배로 늘리겠다고 했지만, 그것도 수요를 따라가기엔 부족하다. 삼성이나 인텔이 대체 가능한 패키징 기술을 제공한다고 해도, 신뢰성과 공급 안정성 면에서 아직은 TSMC가 독보적이다.
즉, 병목은 단순히 웨이퍼 생산 능력의 문제가 아니라, 조립 단계에서 시작되는 정교한 병목이라는 점이 핵심이다. 엔비디아는 이 병목에 걸려 공급에 제약을 받고 있으며, 이것은 중장기적으로도 계속될 가능성이 높다.
탈TSMC 가능할까?
그렇다면 엔비디아는 정말 TSMC 외에 선택지가 없는 것일까? 대체 파운드리를 검토해보면 아래 두 곳이 자주 언급된다.
삼성전자 파운드리
삼성은 기술력 면에서는 TSMC에 근접한 유일한 대안이다. 3nm GAA 공정 등에서 선도적이긴 하지만, 수율 안정성, 패키징 신뢰도에서 시장의 평가가 엇갈린다. 실제로 퀄컴은 삼성에서 생산하던 칩을 TSMC로 옮긴 전례가 있다. 그러나 삼성은 패키징 분야에도 공격적으로 투자하고 있어, 중장기적으론 유의미한 대안이 될 수 있다.
인텔 IFS
인텔은 최근 대규모 파운드리 사업에 뛰어들며, 엔비디아 유치에 적극적이다. 하지만 기술력은 아직 TSMC나 삼성에 못 미치고, CoWoS에 준하는 패키징도 아직 초기 단계다. 무엇보다 역사적으로 경쟁사였던 인텔에 민감한 설계를 맡기는 게 현실적으로 어려운 선택이 될 수 있다.
요약하자면, 탈TSMC는 단기적으로는 거의 불가능하고, 중장기적으로도 대체 가능성이 제한적이다. 특히 AI 칩처럼 정밀한 패키징과 고성능을 동시에 요구하는 제품은 TSMC 외 대안이 없는 현실에 가깝다.
엔비디아는 AI 산업의 중심에서 시대를 주도하고 있는 기업이다. 하지만 그 영광의 이면에는 TSMC라는 절대적인 제조 파트너에 얽힌 구조적 리스크가 존재한다. TSMC는 단순한 외주 업체가 아니라, 엔비디아의 물리적 가능성을 결정짓는 실질적 병목 지점이다.
이는 단기적인 공급 부족이라는 실무적 이슈를 넘어, 장기적인 전략과 생존에까지 영향을 줄 수 있는 문제다. 만약 지정학적 리스크로 대만의 생산 능력이 흔들리거나, TSMC와의 관계에 균열이 생긴다면, 엔비디아의 고속 질주는 급브레이크를 밟게 될지도 모른다.
따라서 엔비디아가 진정한 의미의 플랫폼 기업으로 성장하려면, 공급망 다변화, 자체 패키징 역량 확보, 대체 파운드리 육성 같은 전략적 대응이 필수적이다. AI는 속도의 싸움이고, 그 속도를 결정짓는 건 기술보다도 공급 가능성일 수 있다.