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はじめに
半導体業界のトップ企業として、常に注目を浴びる台湾のTSMC。同社が進める最新の製造技術、2nmプロセスがいよいよ本格稼働に向けて動き出しています。今回は、このTSMCの2nmプロセスがどのような製品に使われるのか、性能はどのくらい向上するのか、そして製造がなぜ難しいのかというポイントを解説していきます。
TSMCの新しい2nmプロセスの概要
TSMCは現在、最先端の半導体製造技術である2nmプロセスの準備を進めています。このプロセスは従来の5nmや3nmと比較してさらに微細化されており、より高度な性能と省電力性を兼ね備えています。
Appleは積極的に採用
2024年4月からTSMCは2nmプロセスの受注を開始し、すでに多くの企業から注目を集めています。Appleはこの新プロセスの最初の大口顧客と報じられており、次世代のiPhoneやiPadに搭載されるチップに採用される見込みです。また、AMDやNVIDIAなどの大手チップメーカーも、最新GPUやCPUへの採用を予定しています。
2nmプロセスによる性能向上はどの程度か？
従来の5nmプロセスと比較して、2nmプロセスでは処理速度が約10～15％向上するとされています。また、消費電力に関しても、同じ性能レベルであれば約30％の削減が期待されます。これによりスマートフォンやタブレット、ノートPCなどのデバイスのバッテリー寿命が飛躍的に伸びる可能性があります。
また、サーバー用途でも省電力と性能向上が大きな利点となり、データセンターの効率化が進む見込みです。
なぜ2nmプロセスの製造は難しいのか？
2nmプロセスの製造が難しい理由として、以下の3つの要因があります。
微細化による物理的な制約
半導体の製造プロセスは「微細化」が進むほど、電子回路を形成するための回路幅が狭くなります。回路が微細になるほどリーク電流（漏れ電流）が増え、意図しない信号の混入や消費電力の増大という問題が発生します。
歩留まり（イールド）の低下
半導体製造では、回路が微細化されるほど不良品の割合が増える傾向にあります。特に2nmのような極端に微細なプロセスでは、わずかな製造誤差でも歩留まりが大幅に低下します。そのため、歩留まりを上げるためには非常に高精度な製造プロセスが必要です。
現状では6割ほどとの発表がなされています。
製造コストの急増
2nmの製造には、従来よりも精密な装置や特殊な材料が必要です。このため、製造ラインを整備するための設備投資や維持管理費が急増します。この高コストは製品の価格にも影響を与える可能性があります。
TSMCにおける2nmプロセスの最新状況
TSMCは4月より正式に2nmプロセスの受注を開始しています。すでにAppleを筆頭に、AMD、NVIDIA、Qualcommといった主要な顧客が名を連ねています。特にAppleは次期AシリーズチップやMシリーズチップの製造をTSMCの2nmプロセスで進めると見られており、市場でも注目されています。
一方、Intelも独自のサブ2nmプロセス（18A）を進めており、半導体業界の競争がさらに激しくなることが予想されています。
2nmプロセスに採用される革新技術「GAAFET」
TSMCの2nmプロセスでは、新たに「GAAFET（Gate-All-Around FET）」という技術が採用されます。これは従来のFinFETと異なり、ゲートがチャンネルを全周囲から取り囲むことで、微細化されたトランジスタの性能と安定性を向上させる技術です。
- リーク電流の抑制
- 動作速度の向上
- 消費電力の削減
などのメリットを持ち、2nm以降の世代において重要な役割を果たします。
今後の展望―2nmプロセスの普及は進むのか？
現状では、TSMCは2nmプロセスの生産ラインを順調に拡張していますが、歩留まりや製造コストという課題が残っています。しかし、技術革新や製造ノウハウの蓄積により、2025年下期には安定した供給が可能になると見込まれています。
一方でIntelは18A（約1.8nm相当）プロセスを導入
半導体市場における競争が激化する中、IntelやSamsungも独自プロセスを強化しています。各社の競争がさらに激化し、それが製造技術の進化を加速させることが期待されています。
まとめ
TSMCの2nmプロセスは性能の大幅な向上と省電力性を兼ね備え、今後の半導体市場において重要な役割を担うでしょう。一方で製造の難しさやコスト面の課題もあり、これらをいかに克服するかが鍵となります。今後の半導体市場は、この最先端プロセスを軸にさらなる激しい競争が繰り広げられることでしょう。
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