展望 | 高度なパッケージングの「脱中国化」は逆効果
2024-08-31
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
◇進行中の人工知能技術革命に必要なaiチップでは、高度なパッケージング技術が重要な役割を果たしています。
◇現在の世界的な半導体産業チェーンの現実は、世界市場で販売する前に、チップの 60% 以上を中国に輸送する必要があり、チップの 90% 以上をパッケージングとテストのためにアジアに輸送する必要があるということです。西側諸国も含めて。
◇マレーシアに加えて、日本、シンガポール、ベトナム、フィリピン、インドなども米国の海外半導体製造拠点の重要な展開先である。
◇現在、先端パッケージングの分野では、中国と米国が同じスタートラインに立っている。過去数十年にわたって半導体微細化の分野で米国が蓄積してきた優位性を利用して、先進パッケージングの分野で中国を制限することはもはやできない。
テキスト | タン・シャオジャン
蘇州光電子技術研究所の公共サービスプラットフォームワークショップでライダーチップを検査するスタッフ（2024年6月2日撮影） photo by li ga/this journal
少し前に、米国商務省は、米国の半導体先進パッケージング産業の実装とアップグレードを実現し、加速するための最初の 16 億ドルのイノベーション投資基金の立ち上げを発表する発表を行いました。半導体技術の研究開発に特化した資金提供プログラム「チップおよび科学法」の最優先項目として、なぜ高度なパッケージング技術がそれほど重要なのでしょうか?関連分野における米国の配置にはどのような意図があるのでしょうか。
先進的なパッケージングの台頭
チップ技術の開発を議論する際、「ムーアの法則」は避けては通れない用語です。基本的な意味は、1 つの集積回路に収容できるトランジスタの数が 18 ～ 24 か月ごとに 2 倍になるということです。
「ムーアの法則」は、1965 年にフェアチャイルド セミコンダクター カンパニー (インテルの前身) の研究開発研究所の所長であるゴードン ムーアによって提案された経験則です。これは、チップ技術に対するデジタル産業の継続的な開発ニーズを反映しており、また、チップ企業が主導的地位を維持するためのビジネス戦略。
一方で、チップ性能の継続的な向上により、米国のデジタル産業の継続的な成長が促進されました。テクノロジー大手がデジタル技術によってもたらされる市場の利益を味わうと、今度は米国のチップ企業の次世代チップ開発を支援するために巨額の資金を投資し、米国のチップ企業が技術の改善と革新にあえて巨額の資金を投資するようになるだろう。 。
一方で、技術の継続的な更新により、技術指標の停滞とともにチップ価格の継続的な下落も引き起こされています。この値下げ期待を市場に開放することで、米国は米国の半導体企業の競合企業を抑制し、遅れれば遅れるほど損失が大きくなり、経営ができなくなって倒産する可能性もある。
この 2 つの側面が連携して、半導体分野で「強いものは常に強い」という結果を生み出します。 「ムーアの法則」は単なる産業法ではなく、米国が情報技術の分野で支配的な地位を維持するのにも役立っています。
米国が長期的には「ムーアの法則」のもとで主要な勝者になれると確信している理由は、米国が「半導体の微細化」という商業技術開発の道筋を見据えており、この道筋が何十年も続く可能性があると信じているからである。回路のサイズを縮小し、リソグラフィーに短波長の光を使用し続ける限り、比較的安定した方法で低コストでチップの性能を向上させることができ、各プロセスでの利益を最大化することができます。縮小し、急速な発展を遂げます。
しかし、2010年頃から「半導体の微細化」が物理的限界に近づき、「ムーアの法則」を支える経済ニーズやビジネス戦略が揺らぎ始めた。
一方で、小型コンポーネントの開発に必要なコストは上昇し続けています。 16nm プロセスの開発時にフィン電界効果トランジスタ (finfet) 技術が導入され、7nm プロセスの開発時に極紫外線 (euv) リソグラフィ技術が導入され、現在では 5nm 以下のプロセスの開発時にオールラウンド ゲート トランジスタ (gaa) 技術が導入されています。あらゆる技術革新の背後には、大量の追加技術研究が存在します。研究開発投資がますます高額になっているだけでなく、追加技術研究の頻度もますます集中しており、新しいプロセスチップの利益率は引き続き上昇しています。衰退。
一方で、半導体の微細化によるチップ性能の向上は、ますます「味気ないもの」になってきています。 tsmcの技術ロードマップによると、3nmチップのトランジスタロジック密度は5nmチップの1.7倍だが、その性能は以前の微細化で50％近く向上したのに比べて11％しか向上していない。少なくなりました。
このため、チップ製造会社は下位プロセスのチップへの研究開発投資を慎重に検討し、代わりに「ムーアの法則」以外の技術開発の道を模索するようになりました。このような背景から、高度なパッケージング技術がますます注目され始めています。
半導体の微細化が「チップ内集積」に焦点を当てている場合、高度なパッケージングは「チップ間集積」に焦点を当てています。特別なパッケージング方法を使用してチップと外部コンポーネントの集積度を向上させ、複数のチップが有機的な全体として統合され、機能を発揮します。もともと単一のプロセッサ チップによって実行されていたコンピューティング機能を実現し、それによって「ムーアの法則」を超えてコンピューティング ユニットのパフォーマンスを向上し続けるという目標を達成します。これを半導体業界では「スーパームーア路線」と呼んでいる。一方、ディープムーアルートと呼ばれる半導体の微細化の研究開発も続けられていますが、かつてのように半導体の性能を向上させる唯一の道ではなくなり、その進歩のスピードは徐々に鈍化しつつあります。この半導体開発の新たな時代は、これまでの半導体の微細化のみに依存した「ムーアの法則」の時代とは大きく異なり、「ポストムーア時代」と呼ばれています。
現在進行中の人工知能技術革命に必要なaiチップにおいて、高度なパッケージング技術が重要な役割を果たしていることは注目に値します。たとえば、現在人工知能の分野で輝かしい nvidia h100 チップには、tsmc が開発した cowos の高度なパッケージング技術が使用されています。原理は、コンピューティングチップとメモリチップの間に層間シリコンキャリアを挿入して、それらを有機的に接続してパッケージ化し、チップが外部データにアクセスする速度を大幅に向上させることです。高度なパッケージングによって実現されるこのチップ間の高速接続は、高帯域幅メモリ (hbm) テクノロジと呼ばれます。 hbm バスには、より多くの外部チップを直列に接続するために使用できる外部インターフェイスもあり、理論上の伝送速度は 1 秒あたり最大 450 gb に達します。これは、以前のチップと外部データ間の通信速度の数十倍です。まだまだ改善の余地がたくさんあります。
高度なパッケージング技術は、「人工知能の時代」と「ポストムーアの時代」の交差点にあると言えます。高度なパッケージング技術がなければ、人工知能チップのこれほどの進歩はあり得ません。半導体技術も減速するだろう。
アメリカの危機感
従来のパッケージングとテストは、チップが工場から出荷される前の最後のプロセスとして常に産業チェーンの末端にあり、利益が少ないだけでなく、ローテクで労働集約型の産業であると考えられていました。 1970 年代と 1980 年代に、米国が「ファブレス」および「オフショアリング」ビジネス戦略のもとで半導体産業の一部をアジアに移転したとき、チップのパッケージングとテストのプロセスはほぼ最初に韓国にアウトソーシングされました。台湾、中国を経て中国本土、マレーシアやベトナムなどの東南アジア諸国へも移りました。
1978年、国家の強力な支援を受けて、中国企業は日本の東芝から5ミクロンのチップパッケージングおよびテスト生産ラインを導入し、我が国のチップパッケージングおよびテスト産業の発展プロセスが始まりました。現在、本土の一部のチップパッケージングおよびテストメーカーは、年間収益数百億元の国際的なパッケージングおよびテスト企業に成長し、世界のチップパッケージングおよびテスト市場シェアのほぼ20％を占め、aseなどの台湾企業に次いで2位となっている。 。現在、台湾海峡の両側の企業が合わせて世界のチップパッケージングおよびテスト市場シェアの60%以上を占めています。しかし、米国、欧州、日本、韓国の企業は、チップのパッケージングとテストの分野での存在感が比較的弱く、米国の amkor technology (amkor) のみが世界市場シェアの約 14% を占めており、残りはそれ以下です。 amkor technology のパッケージングおよびテスト工場もアジアの国に建設され、米国には技術研究開発部門のみが存在します。
現在の世界的な半導体産業チェーンの現実は、米国がチップ設計や製造ツールなどの産業チェーンの上流部分で優位性を持っている一方、中国が産業チェーンの末端のパッケージングとテストのリンクをしっかりと占めているということである。チップの60％以上は中国に輸送する必要があり、チップの90％以上はパッケージングとテストのためにアジアに輸送してから、西側諸国を含む世界市場で販売する必要がある。高度なパッケージング技術が「ポストムーア時代」と「人工知能時代」においてますます重要な役割を果たすにつれ、この産業情勢は米国で警戒を呼び起こしています。
2023 年 11 月、米国チップおよび科学法に基づく最初の r&d 投資プロジェクトが高度なパッケージング技術に投資されました。この法案は特に米国のチップパッケージング企業への資金提供に30億ドルを割り当てており、この計画は「国家高度パッケージング製造計画」と名付けられている。 2024 年 7 月 9 日、米国商務省は、このプログラムに基づく最初の 16 億米ドルの研究開発資金助成金の開始を発表しました。これは高度なパッケージング技術の 5 つのサブ分野をカバーしており、各研究開発イノベーション助成金は最大 20 億米ドルです。 1億5,000万米ドル。
米国の「戦略的独立」の追求は達成が難しい
政界の主導により、アメリカ企業は先進的なパッケージング産業への展開を強化している。
2023年12月、amkor technologyは20億米ドルを投じてアリゾナ州ピオリアに高度なパッケージングおよびテスト工場を建設すると発表した。 apple は直ちに支持を表明し、apple が包装・検査工場の最初で最大の顧客になるだろうと述べた。 intelはまた、技術の研究開発にも力を入れ続けており、foverosの高度なパッケージング技術を独自に開発し、この技術に適応するための新しいチップアーキテクチャを発表しました。
アメリカ企業も海外市場に進出している。インテルは2023年8月、同社の技術をベースにした海外初の高度なパッケージングおよびテスト工場をマレーシアのペナンに建設するために多額の投資を行うと発表した。 2023年12月、nvidiaはマレーシアのジョホール州にクラウドコンピューティングセンターを建設すると発表した。 amdやmicronなどのアメリカ企業の流入と相まって、マレーシアのチップパッケージングおよびテスト産業の発展は加速しています。マレーシアに加えて、日本、シンガポール、ベトナム、フィリピン、インドなども米国の海外半導体製造拠点の重要な展開先である。
これでは米国が「戦略的独立」という目標を達成するのは難しいかもしれない。
第一に、現在、米国での工場建設の高コストなどの要因により、tsmcのアリゾナ工場など、米国の「チップおよび科学法」によって資金提供された主要プロジェクトの進捗が程度の差はあれ遅れ、さらには中断されている。外国企業も米国に投資しており、ビジネス文化や政治的操作などの面で「順応」に直面している。
第二に、日本、東南アジア、南アジア、その他の国や地域（米国と同様）では、十分な数のハイテク熟練労働者が不足しており、チップ製造分野の上流の工業製品や部品の多くは中国本土や台湾から輸入する必要があります。そして他の場所でも。
その背景には、長年にわたる産業、技術、教育、その他の分野への投資を通じて蓄積された、豊富で充実した地元の工業製品資源、全体的な製造コストの低さ、技術人口の多さなどのさまざまな独自の利点が反映されています。あらゆる先進的な製造分野において、中国は避けられない、かけがえのない存在となっています。
現在、先端パッケージングの分野では、中国と米国が同じスタートラインに立っている。過去数十年にわたって半導体微細化の分野で米国が蓄積してきた優位性を利用して、先進パッケージングの分野で中国を制限することはもはやできない。先端パッケージング分野における米国の「脱中国化」の推進は、我が国の技術開発を制限することは不可能であるだけでなく、我が国が世界の半導体産業チェーンにおいて躍進を続け、より強力な競争力を形成するよう促すことになるだろう。そして世界市場。
（著者は中国現代国際関係研究院科学技術・サイバーセキュリティ研究所の准研究員であり、人工知能プロジェクトの責任者）
（『ルックアウト』2024年36号）
