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湯之上隆「電機・半導体業界こぼれ話」

助成金5千億円、台湾TSMCの日本誘致は愚かだ…日本の半導体産業は再興しない

文=湯之上隆/微細加工研究所所長
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台湾 TSMC
台湾 TSMCのサイトより

世界半導体3大不思議

1.なぜ半導体が不足しているのか

2.どの半導体が不足しているのか

3.なぜ台湾TSMCが日本に工場をつくるのか

 ここ数カ月、半導体のジャーナリスト兼コンサルタントを職業としている筆者としては、これらの問題をなんとしても解決したいと四方八方にアンテナを張り、各種データ解析を行ってきた。そして、とうとうすべての全貌を解明できた。そのきっかけとなったのは、2021年11月18日に、中国の深センで開催されたTrendForce主催のMemory Trend Summitに参加したことにある。

 このSummitでは13件の発表があったが、TrendForceのアナリスト、Joanne Chiao氏による“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”を聞いて、上記3つの問題の謎がすべて解明できた。さらに、この3つはすべてつながっていることがわかった。

 本稿では、3つの問題を明快に解いてみよう。その解答から導き出される結論は、「TSMCの熊本工場に税金を投入するのは間違っている」ということである。日本政府も経済産業省も、自分たちが犯そうとしている間違いにいち早く気づくべきである。もし再考せずにTSMCの熊本工場に対して手厚い支援を行った場合、あなた方は歴史上で「間抜け!」というレッテルを貼られることになるだろう。

コロナ禍でニューノーマルが定着

 2020年に新型コロナウイルスの感染が世界に拡大し、2021年には人々の生活を大きく変えてしまった。それは、ニューノーマル(新しい生活様式)といわれるようになった。具体的には次の通りである。

・ネット通販では、8週間で過去10年分を売り上げた

・リモートワークを行う人は、3カ月で20倍に増加した

・オンライン学習は、2週間で2億5000万人に拡大した

・オンラインゲームは、5カ月で過去7年分がダウンロードされた

 そして、このニューノーマルの定着により、各種の電子機器が爆発的に売れた。図1は、2021年と2022年における各種電子機器の対前年の出荷台数の増減(%)を示している。

助成金5千億円、台湾TSMCの日本誘致は愚かだ…日本の半導体産業は再興しないの画像1

 例えば、リモートワークやオンライン学習に必要不可欠なノートブック(PC)は、2020年に比べて2021年は16.5%出荷台数が増えたということがわかる。しかし、来年2022年は、2021年に比べると出荷台数は7.2%減少する予測となっている。

 このように図1を見ると、コロナ禍でロックダウンや緊急事態宣言が出されてステイホームを余儀なくされた2021年は、ノートブック(対前年比16.5%増)、ゲームコンソール(35%増)、ウエアラブル・デバイス(11.1%増)などが、非常に売れ行きが良かったことがわかるだろう。すると、これらの電子機器に使われる半導体の需要も急拡大することになった。

 では、そのなかで特に需要が集中した半導体は何か?

半導体のテクノロジー・ノードとトランジスタ構造

 図2の上段に、半導体のテクノロジー・ノードとその半導体に使われているトランジスタの構造を示す。半導体には長らく「プレーナ型(平面型)」と呼ばれるトランジスタが使われてきた。テクノロジー・ノードでいうと、0.5μm以上前から採用され、それが高速化、低消費電力化、高集積化、低コスト化のために、微細化を続けてきた。

助成金5千億円、台湾TSMCの日本誘致は愚かだ…日本の半導体産業は再興しないの画像2

 そのプレーナ型トランジスタは、90nm、65nm、40nm、28nmまでは順調に微細化が進んだが、それよりもっと微細化するには、3次元のフィン型(これをFinFETと呼ぶ)に構造を変える必要があった。そして、実際に16~14nmあたりから、FinFETにトランジスタ構造が変わった。ここで14nmから10nmに微細化するときに米インテルが生産ラインの立ち上げに失敗したため、TSMCが最先端を牽引する半導体メーカーとなり、7nmから5nmと微細化を進めており、来年2022年には3nmを量産する予定である。さらに、2024年頃に2nmの量産を目指しているが、この際にまたもやトランジスタ構造が変わる。それは、Gate All Around(GAA)と呼ばれている。

28nmに集中する多くの電子機器

 例えば、アップルのiPhone、最先端PCやサーバー用のプロセッサなど、常に高性能が要求される半導体のトランジスタは、プレーナ型からFinFETへ、そしてGAAへ構造が変化する。その際、半導体のチップコストが上昇するが、それよりも高性能であることが優先されるため、微細化を進め、最適なトランジスタ構造が選択される。

 しかし、多くの電子機器は、それほど高性能は必要ない。それより、コストパフォーマンスに優れている半導体を使いたい。それは何かというと、図2の下段に示したように、プレーナ型トランジスタの最後の世代である28nmの半導体である。

 28nmはコストパフォーマンスに優れている。そして、多くの電子機器にとって、必要十分な性能を発揮してくれる(FinFETを使う必要はまったくない)。この28nmの半導体を使う電子機器は多岐にわたる(なお、TSMCなどのファンドリーにとって、22nmは28nmの改良品なので、基本的に28nmと同じである)。

・ノートPCのWiFi用システムLSI(System on Chip、SOCと呼ぶ)、Timing Controller(TCONと略す)

・タブレットのSOCやNAND Controller

・テレビのSOC、TCON、接続用半導体(Connectivity)

・ルーターのWiFi用SOC

・スマートフォン用のSOC(エントリーレベル)、通信半導体(RF)、ディスプレイ駆動用IC(Display Drive IC、DDI)、CMOSイメージセンサー(CMOS Image Sensor、CIS)のロジック半導体、顔認証などに使うイメージシグナルプロセッサ(Image Signal Processor、ISP)、NAND Controller

・自動車用MCU((Micro Controller Unit、通称マイコン)

・ゲームコンソールのSOC、MCU、NAND Controller

・ウエアラブル・デバイスのMCU、ワイヤレスイヤホン用のTrue Wireless Stereo(TWS)、ASIC(特定用途向けロジック)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、接続用半導体(Connectivity)

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