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湯之上隆「電機・半導体業界こぼれ話」

TSMC熊本工場よりマイクロン広島工場への補助金投入のほうが、よほど日本の国益

文=湯之上隆/微細加工研究所所長
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TSMCのHPより
TSMCのHPより

半導体3大不思議の講演会にて

 筆者は2021年12月3日に寄稿した拙著記事『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』で、以下の世界半導体3大不思議を解明した。

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

 この半導体3大不思議はすべて関連しており、その疑問を解くキーワードは「28nm」にある、という内容について1月中旬に講演を行ったところ、参加者から「日本政府はTSMC熊本工場だけでなく、DRAMを製造しているマイクロンジャパンの広島工場にも補助金を出すようだが、これについてどう思うか?」という質問を受けた。

 とっさに筆者は、「マイクロンの悪乗りだ」と回答した。しかし、よく考えてみるとこれは秀逸な質問であり、「TSMC熊本工場よりも、マイクロン広島工場に補助金を投入したほうが、日本には有効かもしれない」ということも付け加えた。

 半導体工場への補助金の対象としては、TSMC熊本工場、マイクロン広島工場のほかに、NANDを製造しているキオクシアの四日市工場も候補に挙がっている。しかし、この3工場を比較してみても、補助金の投入先としては、やはりマイクロン広島工場が1番いいように思う。

 ただし先に断っておくと、筆者は半導体工場に税金が原資に入っている補助金を投入することに賛同しているわけではない。したがって本稿で述べるのは、「どうしても補助金を投じるというのならどこが良いか?」ということである。そして、その良し悪しは、半導体工場に投入された補助金により、日本にどのような技術がもたらされるかということによって判断したいと思う。

 まずは、半導体3大不思議が28nmというキーワードでどのように解明できたかを復習する。その後、上記の判断基準により、TSMC熊本工場、マイクロン広島工場、キオクシア四日市工場のどこに補助金を投入するのが良いかを論じる。

半導体不足のスイートスポットは28nm

 2020年から世界中に拡大した新型コロナウイルス感染症によって、リモートワークやネットショッピングが急速に普及した。それによって各種の電子機器の需要が急拡大し、半導体不足が深刻化した。そして、その不足の中心点には、28nmの半導体がある。

 図1に示したように、28nmの半導体を使う電子機器は多岐にわたる。つまり、世界の半導体不足のスイートスポットは、28nmにあるということである。なお、TSMCなどのファウンドリーにとって22nmは28nmの改良品であり、基本的に28nmと同じである。

TSMC熊本工場よりマイクロン広島工場への補助金投入のほうが、よほど日本の国益の画像1

 では、なぜ28nmがスイートスポットになるのか? その理由は3つある。

1)28nmはプレーナ型(平面型)のトランジスタを使う最後の世代である。その次の世代の16/14nmからトランジスタは3次元のFinFETとなる。その製造にはSelf-Aligned Double Patterning(SADP)と呼ばれる技術を駆使する。つまり、28nmと16/14nmの間には大きな壁がある。SADPによってFinFETを形成する16/14nmは、性能も上がるがコストも上がる。

2)米アップルのiPhone用や高性能コンピュータ用のプロセッサの場合、コストが上がっても性能が高いFinFETを採用する。しかし、多くの電子機器用の半導体には、FinFETほどの高性能は必要がない。それよりも低コストのプレーナ型の28nmを使いたい。つまり、多くの電子機器にとって、28nmはコストパフォーマンスが最適なのである。

3)例えば自動車用の半導体を製造しているドイツのインフィニオン、オランダのNXP、日本のルネサスエレクトロニクスなど、垂直統合型(Integrated Device Manufacturer、IDM)の半導体メーカーは、軒並み28nmからファウンドリーに生産委託している。

 このように、プレーナ型トランジスタの最後の世代の28nmはコストパフォーマンスが良く、加えてこの世代からファウンドリーに生産委託される傾向がある。そして、ファウンドリーの売上高シェアの過半を占めているのがTSMCである。

なぜTSMCが熊本に28nmの工場をつくるのか

 図2に、ファウンドリーの売上高シェアを示す。28nmを製造できるのは、TSMC(台湾)、サムスン電子(韓国)、UMC(台湾)、GlobalFoundries (GF、米国)、SMIC(中国)、HH Grace(中国)の6社である。

TSMC熊本工場よりマイクロン広島工場への補助金投入のほうが、よほど日本の国益の画像2

 しかし、サムスン電子のファウンドリーは、基本的に自社のスマートフォンGalaxy用のプロセッサを製造しており、次々に最先端に移行するため、10年前に立ち上げた28nmは、現在は製造していないと予想している。すると、28nmを製造できるファウンドリーは5社に絞られるが、2021年に54%、2022年に57%のシェアを独占するTSMCに、世界中から28nmの生産委託が集中するのは自明の理であろう。

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