AI 메모리 공급 부족 심화 속 엔비디아 요청에 TSMC, 3D D램 생산 검토

AI 메모리 경쟁에서 새 역할 가능성

세계 최대 파운드리 업체인 대만 TSMC가 최대 고객사인 엔비디아의 요청에 따라 3D D램 생산을 검토하고 있다고 2026년 11월 6일과 7일 보도된 관계자 2명의 전언을 인용한 기사들이 전했다. 이 구상이 실현되면 TSMC는 인공지능 컴퓨팅에 필요한 메모리 분야로 사업을 더욱 확장하게 된다.

TSMC는 공장을 짓거나 기존 공장을 인수해 메모리 생산 시설로 전환하는 두 가지 방안을 검토하고 있다. 첨단 패키징 기술 개발을 담당하는 쉬궈친 부사장이 관련 작업을 이끄는 것으로 알려졌다. 그는 과거 마이크론 타이완 회장을 지내 메모리 제조 경험을 쌓았으며, 현재는 칩 통합 업무를 맡고 있다.

이번 논의는 AI 하드웨어 수요가 메모리 공급에 부담을 주고 가격을 끌어올리는 가운데 나왔다. 엔비디아는 추가 공급업체를 찾고 있으며, 애플도 메모리 공급처를 더 확보하려 해왔다. 애플은 올해 초 일부 제품 가격을 인상한 이유 중 하나로 메모리 비용 상승을 들었다.

TSMC는 시장의 소문이나 추측에 대해서는 언급하지 않겠다고 밝히고, 핵심 파운드리 사업에 집중하고 있다는 입장을 재확인했다. 회사는 세계 로직 칩 산업에 기술과 제조 역량을 제공하는 것이 여전히 자사의 사명이라고 밝혔다. 보도된 계획에 관한 논평 요청에 TSMC와 엔비디아는 즉각 답변하지 않았다.

핵심 사업상 쟁점은 TSMC가 프로세서를 제조하고 메모리와 연결하는 데 도움을 주는 데서 나아가 메모리 셀 자체를 생산할 수 있느냐는 것이다. 그렇게 되면 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론과의 직접 경쟁이 한층 심화되는 한편, 고객사에는 갈수록 비싸지는 부품을 확보할 또 다른 경로가 생길 수 있다.

3D D램은 무엇을 바꿀까?

D램은 동적 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory)의 약자로, 전자기기가 작동하는 동안 필요한 정보를 일시적으로 저장한다. 프로세서는 이를 사람이 책상을 사용하는 방식에 비유할 수 있다. 현재 작업에 필요한 정보를 가까이 두어 장기 저장 장치에서 계속 가져오지 않아도 되게 한다.

기존 D램은 메모리 셀을 수평면에 배열한다. 검토 중인 3D D램 방식은 셀이나 셀 층을 수직으로 배치해 일정한 칩 면적에 더 많은 정보를 담는다. 건물의 바닥 면적을 넓히는 대신 층을 올리는 것과 비슷한 발상이다.

AI 하드웨어에서 용량은 필요한 조건의 일부일 뿐이다. 고가의 프로세서가 계속 작동할 수 있도록 메모리도 정보를 충분히 빠르게 전달해야 한다. 데이터를 더 많이 저장하는 칩이라도 속도, 전력 소비, 온도, 안정적 작동 요건을 충족해야 한다.

D램은 저장된 정보를 보존하기 위해 주기적으로 재충전해야 한다. 상업적으로 유용한 설계라면 데이터를 안정적으로 읽고 쓰면서 이러한 동작을 관리해야 한다. 이런 요구 사항 때문에 이번 구상은 공급 확대를 원하는 고객사에 대한 대응인 동시에 제조·엔지니어링 프로젝트이기도 하다.

AI에 이미 쓰이는 HBM과의 차이

고대역폭 메모리(HBM) 역시 수직 구조를 사용하지만, 다른 방식으로 구현된다. 제조업체는 다이라고 불리는 개별 D램 칩을 만든 뒤 이를 쌓는다. 실리콘을 관통하는 전기 연결부가 다이 사이의 통신을 가능하게 하고, 첨단 패키징은 메모리 적층체를 프로세서와 연결한다.

3D D램의 셀 적층은 메모리 소자 내부의 배열을 바꾼다. HBM은 별도로 제조한 다이를 쌓지만, 제안된 구조는 소자 내부에 메모리 셀이나 층을 적층한다. 두 방식은 각각 다른 생산·통합 요건을 수반한다.

TSMC는 이미 HBM 생산망에 참여하고 있다. SK하이닉스와 발표한 HBM4 협력은 메모리와 로직을 통합하기 위한 베이스 다이 성능과 패키징을 다룬다. 베이스 다이는 메모리 적층체 아래에서 연결과 로직 기능을 처리하는 칩이다.

엔비디아가 TSMC의 제조 기술에 관심을 보인 정황은 10월 보도된 NVHBM 베이스 다이 계획에서도 나타났다. 엔비디아는 맞춤형 메모리 설계의 베이스 다이에 TSMC의 3나노 공정을 사용해 달라고 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론에 요청한 것으로 알려졌다. 이 방식에서는 메모리 업체들이 메모리 다이를 공급하고 TSMC가 지정된 로직 부품을 제조하게 된다.

저장 셀 생산까지 맡게 되면 TSMC의 기존 역할에 새로운 책임이 더해진다. 고객사에 실질적인 이점이 될지는 완제품의 용량, 데이터 전송 속도, 전력 소비, 시스템 호환성에 달려 있다.

엔비디아가 메모리 선택지를 더 원하는 이유

엔비디아가 요청한 것으로 알려진 배경에는 프로세서 자체를 넘어서는 공급 문제가 있다. AI 시스템에는 연산 능력과 더불어 지속적인 데이터 공급이 필요하다. 프로세서가 늘어날수록 이를 뒷받침할 메모리 수요도 증가해 제조업체에 생산 확대 압력을 가한다.

삼성전자, SK하이닉스, 마이크론은 TSMC가 메모리 사업에 진출할 경우 맞붙게 될 주요 기존 공급업체다. 추가 생산업체가 충분한 물량을 공급하고 기술 요건을 충족한다면 고객사의 구매 선택지를 넓힐 수 있다.

엔비디아는 완전한 AI 시스템을 더 빠르게 가동하는 방안도 추진 중이다. 10월 발표한 DSX POD 설계는 루빈 그래픽 프로세서 504개가 탑재된 컴퓨팅 랙 7개를 담은 컨테이너를 출하 전에 조립·검증하는 내용이다. 전 세계 배송은 2027년 초로 예정됐다.

연관성은 실무적인 데 있다. 구축 계획이 차질 없이 진행되려면 프로세서, 메모리, 네트워킹, 냉각 장비 등 모든 구성 요소가 도착해야 한다. 프로세서 생산을 늘리고 설치를 간소화하더라도 메모리 공급은 여전히 납품 일정의 한 부분으로 남는다.

애플이 추가 메모리 공급처를 찾는다는 점은 이런 압력이 소비자 전자제품에도 미친다는 것을 보여준다. 메모리 비용 상승은 AI용 대형 시스템뿐 아니라 휴대전화, 컴퓨터 등 기기의 수익성에도 영향을 줄 수 있다. 애플은 이미 일부 가격 인상의 요인으로 이 비용을 들었다.

공장 신설과 기존 공장 전환

보도된 TSMC의 선택지는 첨단 메모리용 시설을 신설하거나 기존 공장을 인수해 개조하는 것이다. 마이크론은 올해 초 공장을 인수해 D램 생산용으로 전환하는 방식을 택했다.

통상 팹이라고 부르는 반도체 공장은 웨이퍼라는 얇은 원판 위에 칩을 생산한다. 공장을 전환하는 일은 제품 이름만 바꾸는 것보다 복잡하다. 장비와 공정 단계, 운영 조건을 메모리 설계에 맞춰야 한다. 신설 공장도 장비와 기반 시설을 갖추고 생산을 안정화하는 데 시간이 필요하다.

TSMC의 기존 증설 계획은 공장 관련 결정이 얼마나 앞서 이뤄지는지 보여준다. 웨이 회장은 10월 15일 상업 생산을 2028년 상반기로 목표로 하는 타이난 3나노 공장을 추가로 짓겠다고 발표했다. 앞서 계획된 타이난 공장은 2027년 상반기 양산을 시작할 것으로 예상됐다.

제안된 메모리 사업은 아직 계획 단계에 있다. 공장 위치, 투자 예산, 웨이퍼 생산 목표, 상업용 제품, 고객사 인증, 생산 시점은 공개되지 않았다. 메모리의 용도도 엔비디아가 밝히지 않아 고객사들은 납품 일정이나 평가할 제품을 확인할 수 없는 상황이다.

사업을 이끄는 임원이 중요한 이유

쉬 부사장이 관련 작업을 이끈다는 보도는 두 분야의 관련 경험을 잇는다. 과거 마이크론 타이완 회장을 지내 메모리 산업에서 경험을 쌓았다. TSMC에서는 칩을 더 큰 컴퓨팅 시스템으로 연결하는 데 쓰이는 3차원 집적회로와 첨단 패키징을 담당한다.

첨단 패키징이 중요한 이유는 유용한 AI 부품이 완전한 시스템 안에서 작동해야 하기 때문이다. 프로세서와 메모리, 기타 칩 사이의 연결은 데이터 전송 속도와 발열 관리에 영향을 준다. 고집적 메모리 소자를 만드는 일과 이를 작동하는 제품에 통합하는 일은 별개의 과제다.

TSMC는 과거 범용 메모리 제조에 참여했고 수직형 D램 관련 특허도 보유하고 있다. 따라서 보도된 사업은 회사의 패키징 역량뿐 아니라 일부 기존 기술 연구도 활용할 수 있다.

삼성전자, SK하이닉스, 마이크론도 3D D램 기술을 개발하고 있다. TSMC가 제품을 내놓더라도 기존 메모리 제조업체들이 현재 시장에 공급을 이어가면서 비슷한 구조 변화를 추진하는 분야에 진입하게 된다.

설계에서 납품까지 필요한 엔지니어링

수직 적층 메모리 제조에는 깊고 좁은 구조를 만들고 서로 다른 층을 정밀하게 연결하는 작업이 필요하다. 구조 전반의 신뢰성도 과제다. 고객사가 요구하는 조건에서 셀이 정보를 보존하고 반복적인 읽기·쓰기 작업을 수행해야 한다.

제조 수율은 사업성의 핵심이다. 수율은 웨이퍼에서 생산된 칩 중 판매할 수 있을 만큼 제대로 작동하는 칩의 비율을 뜻한다. 같은 면적에 더 많은 정보를 담는 설계라도 생산 과정에서 너무 많은 소자가 불량으로 판정되면 비용 부담이 커질 수 있다.

고객사 인증 절차도 거쳐야 한다. 엔비디아는 대역폭, 전력, 열 특성, 패키징 호환성 등 특정 시스템 요건을 충족하는 메모리를 필요로 한다. 인증은 부품이 상용 제품에 들어가기 전에 해당 요건을 충족하는지 시험하고 승인하는 절차다.

수직 적층 낸드에 관한 삼성전자의 경험은 생산 단계가 어떻게 기록되는지 보여주는 역사적 사례다. 삼성전자는 2013년 1세대 V낸드를 공개했고, 2014년 10월 2세대 양산을 발표했다. 낸드는 전원이 꺼져도 데이터를 보존하는 저장용 메모리인 반면, D램은 임시 작업 메모리로 쓰이며 주기적인 재충전이 필요하다. 작동 요건이 다른 만큼 개발 일정에도 각기 다른 엔지니어링 작업이 반영된다.

구매자에게 중요한 기준은 정상 작동이 확인되고 인증을 마친 메모리를 대량으로 납품받을 수 있느냐는 것이다. 공급량을 계산하려면 웨이퍼 생산량, 칩당 용량, 제조 수율, 패키징 생산량을 알아야 한다. 이 수치가 있어야 고객사는 새 공급업체가 얼마나 기여할지 평가할 수 있다.

관련 움직임의 연결고리

10월 발표와 11월 보도는 AI 수요에 대응하기 위한 여러 움직임을 보여준다. 로직 칩 생산 확대, 메모리 베이스 다이에서 TSMC의 역할 확대, 시스템 구축 가속화, 그리고 메모리 셀 생산 검토가 서로 맞물려 있다.

• 2026년 10월 15일: TSMC가 3나노 공정을 사용하는 타이난 공장 추가 건설을 발표했으며, 상업 생산은 2028년 상반기로 계획됐다.
• 2026년 10월 18일: 업계 보도에 따르면 엔비디아는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론을 통해 공급되는 NVHBM 베이스 다이에 TSMC의 3나노 기술을 사용해 달라고 요청했다.
• 2026년 10월 21일: 엔비디아가 DSX POD를 발표했으며, 전 세계 배송은 2027년 초로 계획됐다.
• 2026년 11월 6일과 7일: 엔비디아의 요청에 따라 TSMC가 3D D램 제조를 검토하고 있다는 보도가 나왔다.

TSMC의 미국 주식예탁증서(ADR)는 11월 6일 미국 시장 개장 전 거래에서 7.6% 상승했다. 이번 사업 확장안은 투자자들이 기존 프로세서 제조·패키징 사업과 더불어 AI 관련 매출의 잠재적 새 원천으로 고려할 만한 요소다.

엔비디아와 다른 고객사에 당장의 과제는 적정한 비용으로 필요한 메모리를 충분히 확보하는 것이다. 보도된 TSMC의 계획은 추가 제조 경로의 가능성을 제시하지만, 회사의 공식 입장은 여전히 파운드리 핵심 사업에 초점을 맞추고 있다. 다음 구체적 진전은 제품, 제조 역량, 고객사 승인을 특정하는 회사의 결정이 될 전망이다.

핵심 내용

• TSMC가 엔비디아의 요청에 따라 3D D램 제조를 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
• 공장을 신설하거나 기존 공장을 인수해 전환하는 방안이 검토 대상이다.
• 마이크론 타이완 회장을 지낸 쉬궈친 부사장이 관련 작업을 이끄는 것으로 알려졌다.
• 3D D램의 셀 적층은 별도로 제조한 메모리 다이를 쌓는 HBM 방식과 다르다.
• TSMC는 시장의 추측에 대해서는 언급하지 않으며 핵심 파운드리 사업에 집중하고 있다고 밝혔다.
• 상업용 제품, 공장 투자 결정, 생산 일정은 발표되지 않았다.
• 메모리 셀 생산에 진출하면 TSMC는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론과 더욱 직접적으로 경쟁하게 된다.