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NEWS&CHIPS|国際技術ジャーナリスト、技術アナリスト、メディアコンサルタント津田建二の事業内容~技術・科学分野の取材・執筆(国際技術ジャーナリスト)
   

ブランド不要のファウンドリTSMCが世界半導体の頂点に立った

(2022年11月20日 13:56)

 TSMCが初めて世界ナンバーワンの半導体メーカーに立った。2022年第3四半期における世界半導体企業の上位15位までのランキングにおいて、TSMCSamsungIntelを抜き世界の頂点に立った。第3四半期のTSMCの売上額は202億ドル、第2位のSamsungのそれは172億ドル、3位のIntel153億ドルとなった。

  これは米市場調査会社のSemiconductor Intelligenceが各社による第3四半期の売上額をまとめた表1をベースにした。ここでは、ファウンドリの売上額を含んでいないものの、TSMCの売上額がすでに発表されていることからTSMCが首位になった。ファウンドリを含めないのは、次のような理由による。半導体各社の売上額を合計すると、世界半導体市場規模がわかるが、ファウンドリの売上額=ファブレスやIDM(設計と製造を手掛ける半導体メーカー)のコスト、となるため、ファウンドリを加えると半導体の市場規模が正確ではなくファウンドリの分をダブルカウントすることになる。とはいえ、ファウンドリも半導体製造会社であるから同じ売上額ランキングで表現することは適切だと思う。

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1 ファウンドリを除く世界の半導体企業ランキング 出典:Semiconductor Intelligence

 

 WSTS(世界半導体市場統計)の発表によると、2022年第3四半期(3Q)の世界半導体市場は、前期比で6.3%減少した。第4四半期もよくないため、2022年の前半と比べ、後半は10%以上落ち込むとみている。この落ち込みの割合は、2009年の前半が2008年後半に比べ、21%低下したとき以来の大きな落ち込みだという。このときはリーマンショックによる影響だったが、わずか1年で回復した。

  今回、20223Qの落ち込みはメモリメーカーがひどく、Samsungが前四半期比19%減、SK Hynixは同20%減、Micronは同23%減となっている。日本のキオクシアはまだましで同6.6%増と善戦してるように見えるが、単なる時期ずれの影響にすぎずない。むしろ9月末にウェーハ投入量を30%減らすことを発表している。

  メモリメーカーとは反対に工業用や自動車用のチップに力を入れている半導体メーカーは好調で、欧州のInfineonは同15%増、STMicroelectronics13%増と好調だ。表1には掲載されていないが、トップのTSMCは、ドルベースで同11%増、台湾元ベースでは15%増となっている。

  TSMCは第4四半期の見通しを3Qと同程度の199207億ドルと見込んでいる。それでもTSMCは今後を警戒して、投資を当初予定の2割減としている。TSMCもほかの半導体メーカーと同様とみるのは間違い。TSMCの投資には未来志向の投資が多く含まれている。例えば、20222Qの投資では、「Capexの中で7~8割を2nmプロセスの開発に使った」と同社広報トップのNina Kao氏は述べている。つまり直近の5nm4nm3nmへの開発投資はすでに終わっているのである。量産投資も含めてのCapexであるため、「次の新工場への投資を遅らせているだけで、特に金額を減らしたわけではない」、というコメントも決算報告でCEOC.C.Wei氏は述べている。

  メモリメーカーの落ち込みは、ユーザーやディストリビュータの在庫調整にすぎず、将来への投資を減らすわけではない。この在庫調整にはせいぜい1年程度の期間がかかるかもしれないが、生産調整によって在庫を減らすだけである。むしろ、将来にわたって成長産業である半導体に投資する姿勢は変わらない。

  しかも半導体メーカーの中でメモリメーカーが売り上げの山谷の差が最も大きい。1台のシステムにSoCやマイコン、電源ICなどは、同じ製品を1個あるいは2個しか使わないが、メモリはバイト単位で使うため最低でも8個か9個(誤り訂正のためのパリティビット用)ないし16個か18個以上を使う。使用量が1台のシステムによって大きく左右されてしまうのだ。このためSoCやシステムLSIの製造を手掛けるファウンドリの浮き沈みは小さい。

  ファウンドリというブランドを持たない台湾企業が半導体企業のトップにのし上がったということは、半導体産業ではブランド力は消費者向けの産業よりもあまり意味を持たないということになる。名よりも実を取る台湾のビジネスは、いよいよ大きくなってきた。

 

   

日本発の本格的な半導体ファウンドリが始動

(2022年11月12日 22:24)

 次世代半導体プロジェクトが密かに進められていたが、2nmプロセスノード以降の未来に向けて、研究開発拠点と、量産に向けた製造拠点の内容が明らかになった。開発拠点は以前から日本版NSTCに相当するLSTCLeading-Edge Semiconductor Technology Cemter)だが、量産拠点に関してこのほどようやく明らかにした。量産に向けた製造拠点はラピダス(Rapidus)株式会社で、その設立は2022810日だとしている。資本金は資本準備金を含み734600万円で、出資企業は、キオクシア、ソニーグループ、ソフトバンク、デンソー、トヨタ自動車、日本電気、日本電信電話がそれぞれ10億円、三菱UFJ銀行が3億円となっている。社長と会長の経営株主と、創業個人株主12名が株主に加わる。

  代表取締役社長が前ウェスタンデジタルジャパンの社長を務めた小池享義氏、取締役会長は東京エレクトロンの社長・会長を務めた東哲郎氏である。会社設立がなぜ今ではなく8月なのか。この新会社には経済産業省が深く関係しており、1111日にラピダス社が記者会見を開いて会社説明を行ったが、同じ1111日に経済産業省からも「次世代半導体の設計・製造基盤確立に向けた取り組みについて公表します」という題のプレスリリースを流しており(参考資料1)、この中にラピダス株式会社の説明がある。そして、「ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業」の内の「研究開発項目②先端半導体製造技術の開発」に関する実施者の公募を行い、採択審査委員会での審査を経て、ラピダス社の採択を決定した。つまり国から約700億円の補助金を得るために、形だけの公募をとし事前に会社という体裁をとっていることが重要だったからだ。ラピタス社は形こそ民間の株式会社であるが、事実上国策会社に近い。

 

正式なオフィスは12月に設立

 

 ただし、資本構成上、国が経営には関与しない形をとっているため、小池、東、両氏の経営手腕に委ねられている。しかも8月に設立した時点では千代田区麹町に形だけのオフィスを置いているが、実際には12月に移転する。

  新会社の事業内容は、半導体素子、集積回路等の電子部品の研究、開発、設計、製造および販売とある。半導体産業を担う人材の育成にも力を入れていくという。

  ラピダス社は米IBMなどと連携して2nm世代のロジック半導体の技術開発を行い、国内短TATTurn Around Time:開発期間)パイロットラインの構築とテストチップによる実証を行う。2022年度は、2nm世代の要素技術を獲得、EUV露光装置導入に着手する。短TAT生産システムに必要な装置や搬送システム、生産管理システムの仕様を策定する。これらの開発費に700億円が必要なのである。

 

2025年以降に量産へ

 

 研究期間終了後は、その成果を基に先端ロジックファウンドリとして2025年ごろに事業化を目指す。会社はファウンドリ事業を推進するが、2nm時代のナノシートや3D-ICなどは日本の材料技術が活躍する場でもある。元々日本はモノづくりが得意である。

  にもかかわらず、これまでの総合電機の経営陣は、モノづくりを捨て、安易に米国のITの後を追いかけたが、追い付くどころか、むしろ引き離されてしまった。ITを差別化できるテクノロジーである半導体を捨てたからだ。それも国内インフラ系の公共事業を中核市場としてやってきた総合電機の経営者はITも半導体も軽視していた。半導体部門を持つ総合電機は国内市場ばかり見ていた。

 

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1 ナノシート採用した2nmノードのGAAトランジスタ6個の断面 出典:IBM Corp.

 

 モノづくりニッポンを復活させるためには、海外企業からの要求を理解し、ソリューションを提供することが、日本の半導体がこれから成長していくカギとなる。そこで、これからの次世代GAAGate All Around)に使うナノシートや、3D-ICなどの開発には日本だけではなく、米国などと連携して開発するという姿勢に変わった。すでに2nmプロセスノードのGAAトランジスタ(図1)を開発したIBMと組むという姿勢を見せている。さらに素材産業や装置産業でも日米の連携が欠かせなくなる。そして5年後には2nm世代の最先端ICファウンドリを日本で実現するという目標を立てている。

  こういった内容の記者会見を行ったが、これまで失敗を続けてきた国策のプロジェクトと比べて評価できる点は多い。まず、オールジャパンをやめ、海外企業と連携して市場を切り開くという姿勢を見せている。日本の得意なモノづくりであるファウンドリビジネスを事業の中心に据えている。多くのエンジニアが半導体産業から離れてしまった今、新しいエンジニアを育成するプログラムも持つ。加えて、大学や国立研究所と積極的に連携する産学共同を推進する。こういった姿勢はかつての日本の半導体企業には見られなかった。

 

不安の種は設計

 

 ただ、心配もある。設計という言葉の使い方だ。設計には何を作るか、を意味するだけではない。どうやって作るかという意味の設計がある。今やTSMCSamsungIntelなどはどうやって作るかという設計に力を入れているが、このことには全く触れられていない。TSMCSamsungIntelは微細化が限界に来ているため、回路パターンの線幅や線間隔をほとんど微細化せず、単位当たりの面積を削減するエリアスケーリングを採用している。これによって、5nm相当や4nm相当のプロセスノードで得られそうな性能と消費電力を得ている。

  エリアスケーリングは2次元的な従来のリニアスケーリングではなく、3次元的な構造にして面積を縮小し、単位面積当たりのトランジスタ数を増やす方法だ。この方法によって、7nm5nm相当のプロセスノードに匹敵する高集積化と性能、消費電力を実現している。しかし、小池氏の説明からは設計=新機能集積やシステム設計の域から脱していない。

  確かに小池氏は製造プロセス技術には長けたエンジニアのバックグラウンドを持つ。また前職のWestern Digitalでも設計が単純なメモリを生産してきたため、TSMCSamsungのエリアスケーリングのレイアウト設計を理解しにくいかもしれない。だったら、各種スタンダードセルのマスク設計をやり直す最先端のエリアスケーリングを理解できる人間を採用するという手がある。その場合の先生はTSMCたちだ。これからどうやって、エリアスケーリング設計の経験者を採用するかが2nm相当のプロセスノードを設計するカギとなる。

  さらにLSI設計には、高位合成や論理合成などの設計ツールと検証ツールを使いこなす能力も欠かせない。SynopsysCadenseなどの設計ツールを使いこなして、ファブレスやシステムメーカー、ITサービス業者などの顧客を取り込むためにシリコンバレーの企業と提携する手も必要だろう。彼らの設計ツールによってはじめて設計データをフォトマスクのデータに落とし込むことができるからだ。

  もう一つの成功のカギは海外顧客からのシステム要求を取り込むようなマーケティング部門を育てることだろう。シリコンバレーのマーケティングエンジニアを採用する手はある。2nm相当のプロセスノードを必要とする顧客はおそらく日本にはあまりいないからだ。5年後の量産までに海外の顧客をいかに取れるかが成功のカギを握る。

 

 

参考資料

1.    「次世代半導体の設計・製造基盤確立に向けた取り組みについて公表します」、経済産業省プレスリリース、(2022/11/11


 

   

またもバスに園児置き去り事故、レーダーセンサ設置を義務付けよ

(2022年9月 6日 09:33)

またしても幼稚園児を送迎バスの中に置き去りにして死亡させるという事故が起きた。炎天下の中でバスの中は50℃にもなってしまう。こんな状況では大人でさえも何分もじっとしていられない。ましてや子供の体は大人と違って未だ頑丈にできていない。このような痛ましい事故は毎年どこかの保育園、幼稚園で起きている。子供は国の宝である。なぜ、こういった事故が繰り返されるのか。

幼稚園職員が人数をきちんと管理していればこのような事故は起きないはずだが、それでも起きているということは、単なる行政指導のようなインストラクションだけでは済まされないことを示している。大人や職員がしっかり管理さえすれば済むことではあるが、時に気のゆるみがでて、このような事故に至るのであろう。

こうなると、たとえ大人がミスしても子供がバス内にいることをみんなに伝えるシステムがあれば防げるはずだ。実は、それに適したシステムがすでに出来ている。レーダーセンサ(電波センサともいう)だ。24GHz60GHzなどのミリ波を用いたセンサを使えば実はそれがわかる。赤外線センサのように光を使うセンサだと、座席の陰に隠れていて見えない場合は検出できない。しかし、ミリ波レーダーを使ったセンサだと、座席の陰であろうと毛布の下であろうと人間には見えない所に幼児がいても、検出できる。

 しかも、センサからのデータをデジタルに変換し、画像データにしたりあるいはテキスト情報にしたりして、4G5Gなどのセルラーネットワークから各自のスマートフォンに園児が残っている情報を届けるようにすればよい。それも運転手だけではない。センサからのデータを受け取る人が幼稚園の職員と園長などがみんなで共有していれば、万が一運転手がスマホからの連絡に気が付かなくても誰かが気が付く。場合によっては、園児の親にもその情報が届くように設定しておけば、みんながすぐに気が付いて事故を防ぐことができる。死と直結するシーンではプライバシーがどうのこうのという問題ではない。

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1 レーダーを使うセンサチップはアンテナ付きで数ミリ程度の大きさしかない 出典:Infineon Technologies

 

 自動車側のシステムをさらに賢く(smart)するなら、園児を検出したら自動的にエアコンが入るようにしておくことも可能だ。

 ただし、レーダーセンサを製造できる半導体メーカーはInfineon Technologiesなどまだ限られている。しかし、その将来性を見込んで開発し始めている日本の半導体メーカーもある。ルネサスが最近買収を決めたインドのファブレス半導体企業がそれだ。センサからシステムを組んでスマホで結果を見られるところまでどの企業が早くやるか、楽しみだ。

  実は米国でも毎年10件くらい、クルマの中に幼児を置き去りにしてしまう事故が絶えない。このためレーダーセンサのクルマへの装着を義務付ける法律を定める議論を始めている。日本でも送迎バスだけではなく、車内に子供を置き去りにしてしまう事故が絶えない。レーダーセンサのようなハイテク機器は人の役に立つものであり、決してアクセサリではない。日本でもレーダーセンサの設置を義務付ける法律をさっさと制定すべきであろう。

 

   

SiCやGaNは次世代半導体ではない

(2022年8月20日 09:30)

最近、あるベテラン半導体技術者と話していて、SiCGaNGaO2など新しい化合物半導体を次世代半導体と呼ぶのはおかしいね、という話になった。これまで最初に開発された半導体トランジスタはGe(ゲルマニウム)で作られていた。それがSi(シリコン)に代わった。その次は何か、と騒がれてGaAs(ガリウムひ素)やGaP(ガリウム燐)などの化合物半導体が開発された。青色半導体の材料としてGaN(窒化ガリウム)が登場してきた。半導体材料を研究してきてようやく実用化できそうになってきたのがSiC(炭化シリコン)だ。 

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1 SiCウェーハ(2018年当時のローム製) 出典:筆者撮影

 

これらは化合物半導体ではあるが、当初は次世代半導体と呼ばれた。しかし、そう呼ぶにはふさわしくなかった。なぜならコスト的にも性能的にもシリコンLSIには適わなかったからだ。現在も次世代半導体も実はシリコンである。普遍的な半導体の価値は、集積化してさまざまな機能、システムをチップ上で実現できることだ。半導体トランジスタができてすぐ、IC(集積回路)ができた。しかもトランジスタ1個当たりのコストはほとんどゼロといえるほど少なくなったため、さまざまなシステムに使われるようになった。コストを安く作れる最高の技術がシリコンである。「神様の贈り物」とも言われる。

 かつてシリコンよりも高速性能が得られるということで、GaAsICを作ろうと研究開発が進んだ時代があった。実際、トランジスタ1個だけで比較するとSiよりも速い。これでICを作りコンピュータシステムを作ればSiよりも速いコンピュータができると期待された。1980年代は本気でGaAs ICが米国や日本で開発された。

 ところがモノにはならなかった。シリコンは微細化が進むと共に性能上がり、消費電力は下がっていく。ムーアの法則に従い、シリコンICの性能はどんどん上がり消費電力は下がり、トランジスタの単価は無視できるほど安くなった。しかし、GaAsはウェーハそのものが大きくできず、シリコンとは違い価格が高く、しかも微細化できなかった。微細化するためのリソグラフィ装置がシリコン用に限られ、GaAs用には使えなかった。GaAsSiよりも3世代くらい微細化が遅れた。シリコンだと90nm(0.09µm)ができた時に、GaAsでは0.25µmしか使えなかった。MOSMISなどの電界効果トランジスタ(FET)が微細化できなければ性能は上がらず消費電力は改善されない。

 のちに、GaAs ICの製品化を目指して開発していたVittesse Semiconductor社のCEOに聞いたことがある。なぜGaAsを止め、シリコンCMOS製品を提供するようになったのか。0.25µmまで微細化した時に、もはやシリコンのCMOSにはかなわなくなったことを悟ったからだという。この企業はシリコンCMOSのネットワークプロセッサやネットワークICの開発に切り替えた。

 当初GaAsSiに代わる次世代半導体ともてはやされた。しかし、集積化しても性能が出ず、しかもコストも下がらないために、Siに負けてしまったのである。GaAsGaP、あるいはそれらの化合物は半導体レーザーとして通信機器や光ファイバの送受信器として大量に使われるようになった。GaAsはシリコンではできない光を発射する半導体だからだ。LEDとしても使われ、光の3原色のRGB(赤・緑・青)の内、青だけが長い間できなかったが、GaN材料で明るい光を出せるように改良が進み、今はRGB全ての光を半導体LEDやレーザーが出せるようになった。

 また、トランジスタ単体や小規模のICなら今でもGaAsの性能はSiよりも高い。このため携帯電話やスマートフォンの送受信切り替えスイッチにはGaAsが使われている。

 GaNSiCは、高耐圧、大電流ではシリコンよりも性能が高く、電力効率は良い。そこで、パワー半導体に使おうというのが最近の動きである。確かにパワー半導体ではSiCGaNEMI(ノイズ)の大きさや使いにくさの面は残るが、シリコンのIGBTよりも性能は高い。しかも、SiIGBTトランジスタでは必要だったバルキーなコイルやコンデンサを小さくできる。しかし、集積化はSiよりもしにくく、コストは10倍も高い。しかもコストはなかなか下がらない。SiCは固いし、処理温度は2000度にもなり、適切な炉を安く入手できない。ただし、高くてもトランジスタ単体として使う用途にはSiIGBTを置き換える可能性はあるが、シリコンIC全体を取り替えるほどのメリットはない。

 SiCGaNGaO2などは新しい化合物半導体であり、単体や小規模のICではある程度成長するだろうが、ICの主流には決してなりえない。だから次世代半導体というべきではない。今や「半導体」という言葉には、数十億トランジスタを集積した「半導体IC」の意味を含んでいるからだ。

   

TSMCが使う最先端のFinFET技術は日本人の発明

(2022年8月10日 00:25)

 FinFETの発明が日本人って知ってるかい?

2年くらい続いた半導体不足がさまざまな産業で影響を与えたせいか、半導体の専門用語であるFinFETという言葉を専門家ではない方たちまでが使うようになってきた。このFinFETとは、半導体集積回路(IC)の基本トランジスタであるMOSFETの変形であり(図1)、性能や消費電力の点で、従来のプレーナ型MOSFETよりも優れたトランジスタだ。集積化しやすく、小さな面積でトランジスタを小型にできるため、高集積ICにも適している。トランジスタがまるで魚のヒレ(fin)の形をしているため、FinFETと名付けられた。

 

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1 FiFETの概念図 出典:久本大氏、日立製作所

 

 FinFETFETは電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor)の略で、入力に電圧をかけると出力電流が流れるトランジスタ。トランジスタを最初に発明したベル研が開発したトランジスタはnpnとかpnpとか呼ばれるバイポーラトランジスタで、入力に電流を流すと出力に大きな電流が流れる。

現在、半導体といえばMOSFETを多数集積したICのことを指している。入力のゲートに電圧をかけられるように、半導体部分から絶縁されている。その構造がゲート電極(メタル:Metal)、絶縁膜(酸化膜:Oxide)、半導体(Semiconductor)というMOS構造をしているため、MOSFETと呼ばれている。

 MOSFETの最先端版であるFinFETは台湾のTSMCや韓国のSamsung、そして米国のIntelという3社だけが製造できる特殊な最先端のトランジスタだ。しかし、これを開発したのは、日本の日立製作所に現在も勤務する久本大(だい)さんである(図2)。特許も取得しているが、残念ながら発明したのが早すぎて、すでに切れている。

 

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2 久本大氏 日立製作所中央研究所に在籍していた時にFinFETを発明した 

 

 久本氏がFinFETを発明し、それを1989年の国際電子デバイス会議(IEDM)で、学会発表した時は、DELTAトランジスタと呼んでいた。Fully Depleted Lean-Channel Transistorを略してそう命名した。しかし、彼が米国カリフォルニア大学バークレイ校(University of California, Berkeley)に研究員として1990年代に共同研究していた時にFinFETの開発を進め、彼と共同開発していたChenming Hu教授がFinFETと名付けた。同じような頃、Intelはトライゲート(TriGate)トランジスタと呼んでいたが、結局FinFETの名前が定着した。

 Intelの呼び名は、FinFETが半導体を3方向からゲートで囲んでしまうことに起因している。3方向から囲むとリーク電流が流れにくくなり、消費電力の削減効果は大きい。また、一気に流れるため、FinFETは理想的なデジタルスイッチに近い。

 久本氏は現在、日立製作所研究開発グループのサステナビリティ研究統括本部電動化イノベーションセンタの技術顧問である。ワイドギャップ半導体であるSiCの新しいMOSFETを日立が発表した後に同社の研究所を取材したした時に、対応した若手エンジニアから久本氏の名前が上がり、部下が尊敬の念を持っていることがうかがえた。また、別の取材でも久本氏の名前が若手から上り、やはり若いエンジニアから慕われていることを強く感じた。

ただ日立製作所は現在、パワー半導体しか手掛けておらず、ICに関してはルネサスが関係しているが、ルネサスの資本の3.47%しか持っていない。半導体が成長産業であることを台湾だけではなく、米国、欧州でも力を入れているのにもかかわらず、日本の総合電機がその重要性を認識していないことは極めて残念である。おそらく日本の産業界全体にとっても半導体という成長産業の軌道に乗れないことは、経済成長から逸脱してきた過去と無縁ではないだろう。

経済安全保障の観点からは製造だけを強化してもユーザーが日本にいなければ海外を開拓していかざるを得ない。残念なことに別の総合電機のトップは、半導体は外から買って来ればよく、自社で作るものではない、という認識を未だに持っている。半導体製造装置や材料の業界は、日本のユーザーではなく海外のユーザーにすぐ転換できたから、いまだに強い。日本の半導体は総合電機の親会社がいつまでも支配している状況だったため、世界の顧客と共同開発するという体制を取れなかった。

幸運にも最近のルネサスは買収したシリコンバレー企業のリーダーたちをルネサスの経営陣に取り込み、共同運営するという形のグローバル企業へと脱皮したことで、海外からの注文、デザインイン(共同開発設計)を多数取り込むことができ、2022年の2Q(第2四半期)には前年同期比73.1%増という驚異的な成長を遂げた。シャープを台湾の鴻海精密工業が経営してから復活したことと無縁ではない。ルネサスのやり方は、ニッポン半導体がとるべき経営手法の一つとして、参考になるかもしれない。

 

   

日米経済版2+2に見える米国のプレッシャー

(2022年7月30日 15:19)

 米ワシントンで外務・経済閣僚協議会である「経済版2+2」が初会合を開き、次世代半導体の量産への協力を進めることで日米が合意した。まるで日米対等な立場での経済協定のように描かれているが、実情は全く違う。完全な米国主導だ。

 

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1 729日の経済版2+2 出典:外務省ホームページ

 

ITサービスからIT機器、半導体製品、ファブレス設計、設計ツール、半導体製造、製造装置、材料という一連の半導体のサプライチェーンの中で、米国が弱いのは半導体製造と材料だけ。残りは圧倒的に強い。米国は半導体製品5割のシェアを持ち(日本は1割以下)、ITサービスにはGAFAがいる。対して日本は半導体製造装置と材料だけが強いものの、残りは圧倒的に弱い。この関係を理解していれば、今回の協定は米国主導であることがわかる。

米国の言う経済安全保障とは、半導体製造だけを台湾に任せているという状況から何とかして米国へ戻し、半導体のエコシステムを米国内で完結したい、ということである。米国はIntelGlobalFoundriesGF)の半導体製造技術の遅れを危惧する声が防衛関係にある。このため、米国内でファウンドリビジネスを促進すると声を出した、ミネソタ州を拠点とするSkywater Technologyに対して、国防総省は(DoD)はチップレットやパッケージング技術でカバーする。Skywaterはやっと90nmノードのプロセスの開発キットを用意したばかりだが、これでも勝負できるのだ。

しかし、ここにきて527億ドルの支援を両院議会でやっと決議した。この動きをにらんでIntelPat Gelsinger CEOがアリゾナだけではなくオハイオ州に11兆円の投資をはじめ、欧州にも幅広く半導体工場や研究所を設立することを矢継ぎ早に発表した。これも欧州で同様なCHIPS法案が決まり巨額の補助金を用意したからだ。BoschInfineonも新工場を稼働させたほか、この法案を当てにしたSTMicroelectronicsGFと組んだ工場新設へと動き出した。欧州は、いまは日本と同じ世界シェア10%しかないが、これを2030年までに20%に引き上げようという明確な目標を掲げている。

米国は保険として、日本でもファウンドリや半導体製造を強化してほしい、ということが本音。軍事同盟国である日米が共に半導体製造を強化できれば、万が一、台湾が中国に侵略されても重要な半導体を確保できる。そのような体制を築きたいのが米国だ。

こういった世界の動きに対して、日本でも日本政府の支援を当てにして、TSMCの熊本誘致だけではなく、ルネサスの古い甲府工場をリニューアルし直して300mmラインの新設や、キオクシアがWestern Digitalと共同運営している四日市工場への巨額の投資も始まっている。

ただ、日本が世界と同等に戦っている半導体企業はこれらに加え、ソニーの3社しかない。これではなかなか日本の半導体産業の世界シェアを上げることは難しい。そこで、ファブレス企業やファウンドリ企業もこれから立ち上げれるように支援すべきだろう。それも3nm2nmなどの微細なプロセスノードを狙うのではなく、40nmや、市場の広い28nmプロセスのファウンドリから始めてもよい。そして半導体を理解できるようなICユーザーがいなくなった今(かつては総合電機がユーザーだった)、システムを差別化するのはソフトウエアだけではなく半導体チップ(ハードウエア)でもあることを認識させる活動も必要だろう。

例えばクルマは、今後ソフトウエア-デファインド・ビークル(Software-Defined Vehicle)になるといわれており、これを実現するハードウエアこそ半導体ICである。これって実はクルマのコンピュータ化のこと。コンピュータはSoftware-defined machine、つまりソフトウエアで機能を自由に変えられるマシンだからだ。コンピュータシステムの機能の差別化はソフトウエアであるが、実は性能の差別化は半導体によるところが大きい。

となると、日本の半導体を強くするためには半導体を購入するIT機器メーカー、その先にいるITサービスプロバイダも活躍してくれなければできない。さもなければ、日本で作った半導体チップを買ってくれる外国企業と積極的にディスカッションし売り込める人材を育成する必要がある。半導体がIT3大要素(残りの二つはコンピュータと通信)の一つになった以上、ITをもっと活性化させることが半導体立国への復活につながる。ITはソフトだけではなくハードも重要であるからこそ、両方を強くする教育、すなわちSTEMScience, Technology, Engineering, Mathematics)教育を充実させることが半導体やIT復活させ日本の復活のカギとなる。

「微分積分なんになる」、「三角関数なんになる」というような政治家が国の中枢部にいるようでは、未来は全く開けない。STEM教育の充実こそ、将来の量子コンピュータや量子暗号、セキュリティ、バイオテクノロジー、ロボティックス、AI、自律化、メタバースなどの基礎的な学問なのである。これらの技術を使えばデジタルトランスフォーメーションやスマートシティ、スマート化の原動力となる。

   

ファブレスIC半導体は年率13%の高成長産業

(2022年7月 8日 12:14)
 最近市場調査会社のIC Insightsが発表したグラフを見る限り、ファブレスIC半導体は年率平均13%成長というとんでもない高成長産業であることがわかった。2003年から2021年まで19年間に渡るIC半導体産業の成長率の推移では、ファブレスIC半導体はこの間マイナス成長した年はわずか2年しかない。これに対して、工場を持ち製品ブランドも持つIDM(設計と製造の両方を行う半導体企業)の成長率は、山あり谷ありで、平均6.8%のプラス成長だ。

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1 ファブレス半導体は大きく沈んだことがない超優良な成長産業 出典:IC Insights


 それでも、IC半導体は大きな成長産業である。しかも現在、60兆円を超す巨大産業でもある。この巨大産業が年率平均10%で成長し続けているのだ。この規模で高成長を続ける産業は他にはない。

  中でも工場を持たない、設計だけのファブレス半導体の方が成長率は高い。年率平均13%というとてもなく高成長の産業である。この「おいしい」ファブレス半導体産業に日本は長い間世界の上位10社に一度も入ったことがない。この分野は米国が圧倒的に強い。しかし台湾も頑張っている。特にMediaTek2021年には第4位にランクされている176億ドル(約2兆円)企業だ。さらにNovatekRealtekHimaxの台湾勢もランクインしている。トップ10社の内、米国6社、台湾4社が占めている。

  この結果、2021年にIC全体5105億ドルに占めるファブレスIC半導体の割合は34.8%1777億ドルと1/3以上を占めるようになった。ファブレスの勢いに残念ながら、わが日本は全く付いていっていない。

 

台湾は国策でファブレスを強化


 台湾がここまでファブレスに強くなった理由の一つは、国(注)を挙げてファブレスを強化したからだ。1990年代半ばにTSMCUMCはファウンドリで着実にビジネス実績を挙げてきた。中国でもファウンドリによるブームが起き始めていた。製造部門がやがて中国に移るかもしれないため、台湾はファブレス設計を強化しておこうと政府は考えたのである。

  それを受けて1997年に設立されたMediaTekは当初はCD-ROMドライブ用の読み取りICで大成功を収めた。日本のCD-ROMチップを手掛けた半導体メーカーが特定の規格の読み取りICしか生産しなかったことに対して、MediaTekの読み取りICCD-ROM装置が持つ全ての規格をカバーした。汎用化させることによって、MediaTekICと三洋電機の光ピックアップさえあれば誰でもCD-ROMを作れると言われるようになった。余談だが、三洋のレーザーピックアップはその当時定評があった。

  MediaTekの優れた製品戦略は、その後も汎用性のあるICを開発するという姿勢を示し続けた。CD-ROMの延長で、DVDBlu-RayレコーダやHDTV用のICなども設計したが、大きく成長させたのは、携帯電話機のモデムチップ、さらにはアプリケーションプロセッサだった。特に3G4Gのスマートフォン向けチップで世界的なファブレス半導体メーカーとなった。今や5GQualcommに対抗できるのはMediaTekしかいない。

  日本は、汎用性のあるチップ設計が弱い。特定ユーザー向けのASICチップは言われる通りに作るだけなので強かったが、汎用ユーザー向けに最大公約数の仕様を見つけるという作業ができなかった。こういったマーケティング作業に力を注いでこなかった日本における現在のファブレスは、特定企業向けのICという、いわゆる下請け体質から抜けきっていない。だから世界的な企業になり切れない。特定企業向けではなく、特定用途向けのIC設計を日本はもっと強くしなければならないが、経営者の姿勢にも問題が多く、なかなか特定用途向けの設計は苦手である。だが、MediaTekの考え方を日本の経営者が謙虚に学び実行するという姿勢を持てば、実現できないことではない。

 

 

注)日本政府は台湾を国として認めていないが、ここではあえて国(中華民国)と表現させてもらう。中国は一度も台湾を支配したことのない国だからである。台湾はかつて「流求」あるいは「瑠求」と呼ばれていた(筆者は北京の歴史博物館で確認した)。沖縄がかつて琉球王国であったが、「流求」や「瑠求」はまさに「りゅうきゅう」と読める。琉球王国は、日本と中国の両方に貢物を納めていたという歴史があるが、中国が台湾、すなわち「流求」を支配したことは一度もない。このため、中華人民共和国が台湾を中国の一部と呼ぶことは理に適っていない。

   

半導体設計者のバイブル本とLGBT

(2022年6月30日 17:21)

 半導体設計者のバイブルという言うべき本「Introduction to VLSI Systems」(写真1)がある。半導体関係を専攻した人なら誰でも知っている名著であると同時に、現在の高集積半導体集積回路(VLSI)の階層設計技術を表したものだ。この著者の一人であるカリフォルニア工科大学名誉教授のCarver Mead氏が最近、2022年京都賞を受賞した。この賞は、京セラの創業者であった稲森和夫氏が200億円の私財を投じて設立された稲盛財団が与える賞で、先端技術部門、基礎科学部門、思想・芸術部門に与えられる。Carver Mead氏は先端技術部門で受賞した。

 

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写真1 「Introduction to VLSI Systems」の最初の本

 

 半導体といえば、たいてい半導体製造プロセスの話しばかりがトピックスとして出てくるが、数百億トランジスタのチップを設計することは、まるで1200万人が住む東京都の家や建物を1軒ずつくっきりと地図を描くような作業に等しい。その作業を階層設計で表し、最大数百憶トランジスタをくっきりと描くような作業が求められる。この設計手法を著したのがCarver Mead氏とLynn Conway氏である。

  筆者は実は、このお二人に1983年ごろにお会いしたことがある。場所は当時日経エレクトロニウスの姉妹紙であったElectronics誌を発行していたMcGraw-Hill(マグロウヒル)社のオフィスだ。筆者はElectronics誌の編集者と会って情報交換する目的で、ニューヨークのアメリカ通りに面したオフィスを訪れていた。編集者と話をしていると、Introduction to VLSI Systemsがエレクトロニクス産業に貢献したということで、Electronics誌が二人を表彰し、社長、編集長とランチに招待しているという。ぜひお会いしたいと申し出たら、ランチ後に面会させていただいたというわけである。

 

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写真2 Lynn Conwayさん

 

 Lynn Conwayさんはとても背が高く、Mead教授よりも高いくらいだった。お二人ともとても優雅な雰囲気をかもし出していた。VLSI設計者のバイブルを書いたMead氏は、半導体の物理的限界(ハイゼンベルグの不確定性原理から導かれる)を示したり、GaAs(ガリウムひ素)FETを提案したりするなど設計以外でも活躍されていた。しかし、もう一人のLynn ConwayさんはXeroxPalo Alto研究所の優秀なエンジニアであるということしか知らなかった。最近、Facebookを通じて知ったことだが、彼女(写真2)は数奇な運命を経て最近ようやく表に出てくるようになった。

  数奇な運命とは、LGBTで迫害されたことだ。彼女は生まれた時は男の子であった。コンピュータメーカーに働いていた時に、どうしても自分の性に違和感を覚えたため、性転換手術を受けた。それを告白した会社の上司は彼女を即クビにした。そのコンピュータ企業で彼女は、今のCPUに入っているOut-of-order実行命令やスーパースケーラ技術を開発した極めて優秀なエンジニアだった。

  その後は別のコンピュータ会社で臨時のプログラマーとして働き、スティルス状態で働いていたが、やがてXeroxに入社し、コンピュータ設計者となった。そこで、Carver Mead教授らと共に本を著した。この本は1983年までに120校の大学でVLSI設計の教科書として使われ、専門書としては異例の7万部以上を売り上げたという。この「MeadConwayの本」はVLSI設計のバイバルとなった。

  Lynn Conwayさんは1985年にミシガン大学の電子工学の教授になり、名誉教授にもなり現在は引退している。最近は、LGBTなど性的なマイノリティが認められる世の中になり、彼女はトランスジェンダーの方たちの良き相談相手になり、彼らの支援活動をしている。

   

「三角関数なんになる」、愚かな知識人

(2022年5月21日 09:52)

 三角関数より文学が大事とか、金融経済が大事とか、大事な学問を馬鹿にする発言はいつの時代でもあるようだ。全部大事なはずだ。決して比べるものではない。自然と比べると人間の知識は微々たるものだ。偉大な科学者ほど自然界の不思議や深さをよく知っている。逆に自分が理解できないことを、「そんな学問なんになる」と切り捨てる態度は、不遜でしかない。むしろ自分の無知をさらけ出してどうする?

 

 学者は人間が不思議に思うことを、学問づけて理論的に体系化する。それは重要な仕事であり、「そんなもの、なんになる」と片付けることでは決してない。例えば、音声認識のアルゴリズムを研究すればするほど、人間は言葉をどう理解しているか、発音はどのように脳に入っていくのか、ということに対してモデルを立てて音声を理解できるマシン(ソフトウエアや半導体チップ)を作ってきた。さまざまな知識を総動員して技術として完成させる。

 

 筆者は金融のことは苦手だが、デリバティブで有名なブラック-ショールズの方程式は理解できる。この微分方程式は、時間と共に変化する状態をある物理量で表現している訳だが、これも「微分積分、なんになる」と言われた時代もあった。微分方程式とは何か、微分とは積分とは何を表しているのか、という基礎をしっかり押さえておけばブラック-ショールズの方程式は理解できる。

 

 三角関数も同じだ。回転はある意味、無限運動だが、それを数学的に表現すれば角度情報が必要な三角関数になる。音や電磁波は波の性質を持つため、波として表現できる。土木建築で使う三角測量、携帯電話の電磁波回路の設計、モーターが滑らかに静かに動くような設計、地震に強い建物の設計、地震による津波の予測など、三角関数は人類の役に立つ仕事に大いに生かされている。

 

 「三角関数、なんになる」は自分の無知をさらけ出している愚かな知識人ではないか。なぜなら、そのような発言をする前に自分で勉強すべきだからだ。自分が理解できないことを「~~、なんになる」発言は、社会的に知名度の高い立場にいる人間は決して使うべきではない。影響が大きいからだ。

 

   

いつまでたっても成長しない中国の半導体産業

(2022年5月21日 09:07)

 中国政府が何兆円を投資しても半導体製品のシェアがちっとも高まっていない。中国内の半導体IC市場に対して、中国生産IC製品の市場シェアは2012年に12.7%しかなかったのに10年間でわずか16.7%に留まっている(図1)。中国政府が旗を振る「中国製造2025」計画では2025年には70%シェアという目標だが、どう考えても達成は無理だろう。なにせ10年で4%ポイントも上がらなかったのに今年も含めて残りの4年で54%ポイントも上げなければならないのだから。

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1 中国国内のIC市場と中国製半導体ICの販売額 出典:IC Insights


 なぜ中国政府は半導体に力を入れても企業は世界レベルにならないのか。その答えを求める前に、中国政府はなぜ半導体産業を盛り上げようとしているのか。その答えは図1を見ればすぐわかる。中国国内で使う半導体ICの市場規模は、2021年に1870億ドルであったが、中国産のICはその16.7%312億ドルしかない。つまり、中国は1870-3121558億ドル分(20.2兆円)のIC製品を輸入しているのである。逆に言えば、半導体IC製品のために20兆円もの外貨が流出した。それもグラフを見る限り、いつまでも毎年その程度のドルが流出することになる。これは中国共産党政府にとっては容認できない。だから内部で作れ、という訳だ。

 共産党政府はそのために国家ファンドを作り、年間数兆円相当の投資を行ってきた。輸入超過の半導体産業による外貨流出を防ぎたい中国政府は、外国(韓国Samsungや台湾のTSMCなど)の大手半導体に対しても大歓迎で受け入れている。中国生産の312億ドルの内60%以上が外資による生産である。中国の地場企業のシェアは中国市場の6.6%しかない。共産党政府にとっては半導体を国内で生産したくでもできないのが現状だ。

 その理由の一つとして、肝心のエンジニアが中国内にはいない。そこで、台湾、韓国、日本から半導体関係者を大量に採用している。中国人エンジニアが自立するまでのつなぎとして、例えば台湾から3000名以上を採用しているという。ただ、政治的に東西対立が目立つと、人材確保はますます困難になる。また台湾では経済スパイ法を成立させ、実質的に技術者の中国行きを防ぐ法案を2022520日に成立させた。

 中国の学生は半導体産業にどのくらい来るのか、業界関係者に質問したことがあるが、残念ながら学生はアリババや百度、テンセントなどのインターネット企業にばかり行く、という。半導体にはさっぱり来ない、と嘆く。筆者は2000年ころにSMICが起業され中国で半導体製造ブームがやってきた頃、地元の半導体企業を10社ほど取材したことがある。最も苦労したことは人材確保であった。「中国の若い学生は安易に金儲けできるところにすぐ行く」という声を至る所で聞いた。この状況は今でも変わっていない。先ほどの中国における業界関係者の言葉は現在の発言だ。

 半導体製造技術では、固体物理学や量子力学、プラズマ化学、光化学、光学、熱力学、もちろんニュートン力学、電子回路、電磁気学、IT、データ解析、ソフトウエア、コンピュータ科学、数学、通信工学など幅広いさまざまな勉強が必要である。簡単にちゃちゃっと習得できる技術ではない。「三角関数なんになる」という愚かな知識人や政治家が重要な産業を理解できないのは日本だけではない。

 米国は実は、半導体産業では圧倒的に強いのにもかかわらず、「中国の脅威」を議会や世の中に訴求することで、巨額の補助金を出そうとしている。日本は本当に半導体産業をちゃんとしないと中国よりもダメになるリスクは残っていることをもっと自覚すべきであろう。円安、輸入超過、経済没落の道筋は他人ごとではない。