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湯之上隆「電機・半導体業界こぼれ話」

誰がラピダスに半導体を生産委託するのか?狂気的な速度で微細化するTSMCの事情

文=湯之上隆/微細加工研究所所長
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ラピダスのHPより

日本列島を駆け巡った衝撃的なニュース

 2022年11月10日(木)夜7時のNHKニュースが、トヨタ自動車、デンソー、ソニーグループ、NTT、NEC、ソフトバンク、キオクシア、三菱UFJ銀行の8社が出資する半導体の新会社「Rapidus(ラピダス)」が設立され、5年後の2027年に2nmプロセスノードの先端ロジック半導体を量産すると報じた(図1、NHKニュース)。

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 翌11日(金)には、経済産業大臣の西村康稔氏が記者会見を行い、研究開発基盤「LSTC(Leading-edge Semiconductor Technology Center)」が次世代半導体の基礎研究についてラピダスが量産化を担うこと、政府は700億円の開発費を拠出すること、2nmプロセスの開発のノウハウは米IBMから獲得すること等を発表した(図2)。

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 その後、日本の半導体業界は、降って湧いたラピダスの話題で盛り上がり、テレビや新聞などのマスメディアが報道合戦を繰り広げ、ジャーナリスト、アナリスト、学者などの有識者(とそうでないものも多数いる)が、賛否両論の記事を書き続けて今日に至っている。筆者も英語のニュース番組『NHKワールド JAPAN』に出演して、ラピダスが直面する問題をキャスターとのQ&A形式で解説した。この番組で述べたラピダスの問題は以下の通りである。

(1)2nmのロジック半導体を開発し、量産する技術者をどう確保するのか?
(2)世界で奪い合いになっているEUV露光装置を導入できるのか?
(3)台湾積体電路製造(TSMC)、サムスン、インテルですら苦労しているEUVを使いこなすことができるのか?
(4)そもそも、2nmで何をつくるのか?

 このなかで(1)~(3)は多くの記事が取り上げている問題でもあり、改めてここで説明はしない。本稿では、筆者が出演した上記番組では一言しか触れられなかった(4)を取り上げる。

 ラピダスは2nm以降のロジック・ファウンドリーを実現しようとしているが、そもそもファウンドリーとは何かという本質的な問題を論じる。そのケーススタディとして、ファウンドリーの売上で世界シェア50%以上を独占し、最先端の微細化で独走しているTSMCについて考察する。

ロジックとファウンドリー各社の微細化の状況

 図3に、ロジックとファウンドリー各社の微細化の状況を示す。最先端の微細化を独走するTSMCは、2019年に世界で初めて7nm+という技術世代(テクノロジー・ノード)のロジック半導体の孔パタンにEUVを量産適用した。2020年には、複数の配線にもEUVを使う5nmが立ち上がった。その後の5nm+と4nmは5nmの改良版であり、その次の技術世代の3nmについては2022年後半に立ち上がる予定だったが、歩留りが上がらず、苦戦していると聞いている。

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 TSMCを追撃しようとしているサムスンは、技術世代の数字だけは7nm、6nm、5nm、4nm、3nmとTSMCと遜色ないように見える。しかし、量産規模がTSMCより桁違いに少なく、5nm以降については歩留りがかなり悪いらしい。3nmの歩留りについては絶望的で、2nm生産の練習を行っていると噂されているほどである。

 米インテルは2016年以降、EUVを使う以前の10nmが立ち上がらずに苦しんでいた。この状況は5年以上続いた。昨年2021年1月、インテルの8代目のCEOに就任したPat Gelsinger氏は、インテルの新しいロードマップを発表した。そのロードマップによれば、インテルが初めてEUVを適用するのは「intel 4」という技術世代とされた。この「intel 4」を使ってつくられるプロセッサ(Meteor Lake)は今年2022年後半に出荷予定だったが、それは絶望的となった。そして来年2023年中も出荷が危ぶまれている。図3では、「7nm」に「×」と書いたが、これが「intel 4」に該当する。

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