SMIC、AIoT時代の最も価値ある製造業である14nmプロセスチップを量産

SMICは最近、研究開発への投資を増やすことで14nmプロセスチップを量産し、2021年に正式に出荷すると発表した。 SMICは昨年8月に14nmチップの開発成功を初めて発表し、現在では最大95%の歩留まりで予想を上回る量産を達成している。これは、SMICがTSMCの南京12インチ工場の16nmプロセス技術を正式に追い越し、UMCの14nmプロセス技術に追いつき、正式に世界最先端のウエハプロセスファウンドリの仲間入りを果たしたことを意味する。これは中国の半導体発展の歴史における重要な節目である。

14nm とはどういう意味ですか?

いわゆるチッププロセス値「nm」は、各チップ内の最小ゲート幅を指します。

チップ上の数十億のトランジスタ構造では、各トランジスタの電流はソースからドレインに流れ、ゲートはゲートに相当し、主に両端のソースとドレインのオン/オフを制御する役割を担います。ゲート幅は、電流が通過する際の損失を決定します。ゲートが狭いほど、消費電力は少なくなり、性能は高くなります。

チップ製造プロセスの具体的な値は、モバイルデバイスのパフォーマンスを評価するための重要な指標です。あらゆる主力携帯電話の発売は、通常、チップ性能の飛躍的進歩と密接に関係しています。

2018年末にクアルコムが発表したSnapdragon 855チップを例に挙げると、7nmプロセス技術を採用し、60億個以上のトランジスタを集積している。これは、クアルコムが2017年第1四半期に発表したSnapdragon 835（10nmプロセス技術）の30億個のトランジスタの1倍にあたる。性能は55％向上しているが、チップサイズはほとんど変わらず、直径約1.9cmの1セント硬貨よりも小さい。

Qualcomm Snapdragon 820、835、855と1セント硬貨の比較。現在、Samsung S10、OPPO Reno、Xiaomi 9など、多くのメーカーの主流フラッグシップモデルがこのチップを採用しています。

チップメーカーにとって、プロセス値を削減することは、達成するために努力を惜しまない目標です。しかし、ゲート幅が20nmに近づくと、新たな技術的ボトルネックが発生し、研究開発の難易度とコストが急激に増加します。ゲートが狭すぎるため、電流制御能力が急激に低下し、二酸化シリコン絶縁層が薄くなるため、電流リークが発生しやすくなります。したがって、技術的な障壁を突破するには、リソグラフィー装置、絶縁材料、チップゲートの変更、FinFET 3D などの新しい技術とプロセスが必要です。

プロセス技術開発の観点から見ると、28nmから14nmへの移行は重要な分岐点です。ムーアの法則が徐々に効力を失い、より高度なプロセスでチップを製造するにはより長い期間が必要です。業界も、高度なプロセスと従来のプロセスのいずれかで異なる技術力に二極化し始めています。

世界6大ICウエハー工場のプロセス進化表。世界の半導体業界では、Intel、Samsung、TSMC、GlobalFoundries、UMC、東芝、Hynix、Micronなど、14nmプロセスノードを実現できる企業は10社未満です。

SMICの14nmチップは量産化を達成し、同社は先進的なウエハープロセス技術の世界的なファウンドリとなる道を手に入れた。現時点では、「チャイナチップ」は現在量産されている最先端の7nmプロセスからわずか2世代しか離れておらず、製品ギャップは4年以内にまで縮まっています。

4年間で技術が飛躍

中国本土最大の集積回路チップメーカーであるSMICは、2015年に28nmプロセスチップの量産に成功し、わずか4年で28nmから14nmへの飛躍を達成しました。一方、UMCはこれを達成するのに丸5年かかりました。

技術の急速な進化は、SMIC の多額の投資と密接に関係しています。 2018年、SMICはオランダのASMLにEUV装置（極端紫外線リソグラフィー装置）一式を発注した。これは当時、最高1億2000万ドル相当の最も高価で最先端のチップ製造ツールと噂されていた。2019年初頭、装置は予定通り納品された。

ASMLの公式ウェブサイトによると、この1億2000万ドルの装置は、5nmという微細プロセスノードによる大量生産をサポートし、1時間あたり155枚の300mmウエハーを彫刻する能力を備えている。これにより、SMIC は 14nm の量産を成功させるために必要な重要な設備サポートを受けることができます。最先端のリソグラフィー装置のサポートにより、SMIC が 12nm、10nm、さらには 7nm の時代に到達するのもそう遠くないと考えられます。

SMICが4年間で急速な技術進歩を遂げたもう一つの鍵は、同社の「魂の人物」である新共同CEOの梁孟松氏にある。

梁孟松氏はかつてTSMCとサムスンを率いて、それぞれ28nmと14nmの壁を突破した。 Liang Mengsong 氏は、TSMC での 17 年間で TSMC のために 500 件の特許を取得しました。Liang Mengsong 氏は、TSMC におけるあらゆる世代のプロセス プロジェクトに参加または責任者として活躍していました。 2011 年、Liang Mengsong は Samsung Semiconductor に入社し、R&D 部門のゼネラルマネージャー兼ウェハーファウンドリの副社長に就任しました。サムスン入社後、サムスンは2015年にTSMCよりも早く14nm技術を実現し、アップルのA9チップの製造を受注した。

2017年、梁孟松氏はサムスンでのすべての役職を辞任し、SMICに入社した。彼はすぐにSMICを率いて、2019年初頭に初の14nm「中国チップ」の量産に成功した。現在、歩留まりは95％を超えており、進捗は予想よりも速い。

14nmチップに加え、SMICの12nmも顧客導入段階に入っており、順調に進めば、年末までに複数の顧客がテープアウトを開始すると予想され、新世代のFinFET生産ラインも推進されている。

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AIoT時代の最も価値のあるプロセス

公開されたレポートによると、SMICの14nmチップは現在、自動車チップ顧客を含む10社以上のテープアウト顧客を抱えており、自動車標準グレード1テストの閾値を通過しています。周知のとおり、自動車市場はチップ品質に対する要求が最も高い市場です。

世界の大手チップメーカーにとって、28nmチップ技術はすでに非常に成熟しており、生産能力はやや過剰であるように思われます。一方、10nm未満のプロセス技術は非常に最先端であり、業界に残っているのはピラミッドの頂点にいるTSMC、Samsung、Intelだけです。

両者の中間に位置する 14nm プロセスは、明らかにほとんどの中高級チップのバックボーンおよび主要な製造プロセスとなっています。

統計によると、2019年上半期の半導体販売市場全体の規模は約2,000億米ドルで、そのうち65％のチップが14nmプロセス技術を採用し、7nmを採用したチップは約10％に過ぎず、約25％が10nmと12nmを採用していました。14nmは現在最も広く使用され、最も市場価値のあるプロセス技術と言えます。

5GとAIoT時代の到来とともに、スマートシティ、自動運転、セキュリティIoTの分野では製品がますます豊富になり、チップは徐々に特殊なシナリオの最適化に焦点を当てるようになり、専用チップは「百花繚乱」の種の爆発の時代を迎えようとしています。AIoTシナリオの幅広い範囲は、14nmプロセスチップに巨大な市場スペースを与えるでしょう。

現在、中国では20社以上の企業がAIチップの研究開発に投資している。 SMICが主要な製造工程を管理するということは、国内のチップ設計企業やAI企業が14nmチップ製品の適用においてより自律性を獲得し、真に完全な「Made in China」を実現することを意味します。