고성능 컴퓨팅（HPC） 구현을 위한 반도체 첨단 패키징 기술 동향 및 글로벌 공급망 연구 = A Study on Trends in Advanced Semiconductor Packaging Technologies and the Global Supply Chain for High-Performance Computing （HPC）

국문 초록 (Abstract)

고성능 컴퓨팅（HPC） 구현을 위한 반도체 첨단 패키징 기술 동향 및 글로 벌 공급망 연구

본 연구는 고성능 컴퓨팅（High Performance Computing, HPC） 구현을 위 한 반도체 첨단 패키징 기술의 발전 동향을 분석하고, 이를 뒷받침하는 핵 심 소재·장비 생태계와 글로벌 공급망 구조를 검토함으로써 한국 반도체 산업의 기술안보 및 공급망 대응 방향을 도출하는 데 목적이 있다. 최근 인공지능（AI）, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅, 자율주행, 과학기술 시뮬레 이션 등 데이터 집약적 산업이 확대되면서 고성능 연산과 고속 데이터 처 리를 가능하게 하는 반도체 기술의 중요성이 높아지고 있다. 그러나 전공 정 미세화 중심의 성능 향상 방식은 물리적·경제적 한계에 직면하고 있으 며, 이에 따라 복수의 칩을 하나의 시스템처럼 통합하는 첨단 패키징 기술 이 핵심 대안으로 부상하고 있다. 특히 칩렛 아키텍처, 이종 집적, 2.5D·3D 패키징, 고대역폭 메모리（HBM）, GPU-HBM 집적구조는 HPC 및 AI 반도 체의 메모리 병목을 완화하고 성능과 전력 효율을 향상시키는 핵심 기술로 평가된다. 본 연구는 기술문헌, 산업 보고서, 기업 공개자료, 정책·제도 자료를 바탕 으로 첨단 패키징 기술과 공급망 구조를 질적으로 분석하였다. 먼저 HPC 구현에서 첨단 패키징이 부상하게 된 기술적 배경을 검토하고, 칩렛 아키 텍처와 이종 집적 기술, 실리콘 인터포저 기반 2.5D 패키징, TSV 기반 3D 패키징, HBM과 GPU-HBM 집적구조의 특성을 분석하였다. 이어서 첨단 패키징 구현에 필요한 실리콘 인터포저, 고성능 패키지 기판, RDL, TSV, 마이크로범프, 하이브리드 본딩 소재, 열관리 소재, 검사·계측 장비 등 핵 심 소재·장비 생태계의 구성과 역할을 검토하였다. 분석 결과, 첨단 패키징은 단순한 후공정 기술이 아니라 고성능 반도체 시 스템의 성능, 수율, 전력 효율, 공급망 안정성을 좌우하는 시스템 통합 기 술임을 확인하였다. 특히 GPU와 HBM을 고밀도·저지연으로 연결하는 2.5D 패키징과 HBM 내부의 수직 적층을 구현하는 3D 패키징은 HPC 및 AI 반도체 성능 구현의 핵심 기반으로 작용한다. 또한 이러한 기술은 실리 콘 인터포저, 고성능 패키지 기판, 본딩 장비, 검사·계측 장비 등 다양한 소재·장비와 밀접하게 연결되어 있어, 특정 요소의 공급 차질이 전체 패키 징 생산능력과 수율에 영향을 미칠 수 있다. 글로벌 공급망 측면에서 첨단 패키징은 미·중 기술패권 경쟁, 수출통제 강 화, 기술블록화, 핵심 소재·장비의 특정 국가 의존도 심화와 결합하면서 전 략적 중요성이 더욱 확대되고 있다. 특히 HBM, AI 가속기, 고성능 서버, 데이터센터 등과 연결되는 첨단 패키징 기술은 향후 수출통제 및 기술안보 논의에서 중요한 관리 대상이 될 가능성이 있다. 따라서 한국 반도체 산업 은 HBM과 메모리 분야의 강점을 유지하는 동시에, 첨단 패키징 핵심 소 재·장비의 공급망 안정화, 글로벌 기술협력과 국제공동연구 관리, 자율준수 무역거래자（CP） 기반의 수출통제 대응 역량을 함께 강화할 필요가 있다. 본 연구의 의의는 HPC 구현을 위한 첨단 패키징 기술을 개별 공정 기술 의 차원에서만 분석하지 않고, 소재·장비 생태계, 글로벌 공급망, 수출통제 및 기술안보 관점과 연결하여 통합적으로 고찰하였다는 점에 있다. 다만 본 연구는 공개자료와 문헌 분석을 중심으로 수행되었기 때문에 기업별 세 부 공정 데이터나 정량적 공급망 분석에는 한계가 있다. 향후 연구에서는 주요 기업의 첨단 패키징 전략, 핵심 소재·장비별 공급망 의존도, 수출통제 적용 가능성에 대한 보다 구체적인 사례 분석이 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구배경 1
• 2. 연구목적 4
• 3. 연구방법 및 구성 5
• II. HPC 구현을 위한 반도체 첨단 패키징 기술 동향 7
• 1. HPC와 반도체 첨단 패키징 기술의 발전 배경 7
• 2. 칩렛 아키텍처 및 이종 집적 기술 8
• 3. 2.5D·3D 패키징 기술의 구조와 특성 11
• 4. HBM과 GPU-HBM 집적구조 17
• III. 반도체 첨단 패키징 핵심 소재·장비 생태계 21
• 1. 첨단 패키징 소재·장비의 구성과 역할 21
• 2. 실리콘 인터포저 및 고성능 패키지 기판 23
• 3. TSV 및 하이브리드 본딩 관련 소재·장비 27
• 4. 첨단 패키징 소재·장비의 공급망상 중요성 29
• IV. 글로벌 반도체 첨단 패키징 공급망 및 수출통제 리스크 31
• 1. 글로벌 첨단 패키징 공급망의 현황과 병목 요인 31
• 2. 수출통제 패러다임의 변화와 반도체 첨단 패키징 통제 가능성 36
• 3. 기술블록화에 따른 공급망 리스크와 한국의 취약성 44
• V. 한국 반도체 산업의 기술안보 및 공급망 대응 전략 50
• 1. 첨단 패키징 핵심 소재·장비의 공급망 안정화 50
• 2. 글로벌 기술협력과 국제공동연구 관리 강화 51
• 3. 자율준수무역거래자(CP) 기반의 수출통제 대응 역량 강화 54
• VI. 결론 58
• 참고문헌 60