世界のトップ経済大国間の進行中の貿易戦争により、Semiconductor Manufacturing International Corp.（SMIC）は研究開発の優先順位を何度も変更しなければならず、それが同社のロードマップに大きな影響を与えました。
同社は最先端の極端紫外線（EUV）プロセス技術の開発に代わり、チップレットと先進的なパッケージング技術の開発に着手している。しかし、同社にはもう一つの問題がある。原材料と消耗品の十分な調達ができないのだ。
しかし、SMIC の現在の戦略の詳細に入る前に、同社の歴史を振り返り、その戦略的決定の背後にある論理を理解しましょう。
ファントムメナス
伝統的に、SMICの主な強みは、成熟したプロセス技術と、TSMCやUMCといった台湾のライバル企業よりも低い価格設定でした。現在、45nm以降のプロセスノードが同社の収益の大部分（90%以上）を占めており、SMICはそのビジネスモデルで大きな成功を収めています。例えば、China Renaissanceのデータによると、SMICはQualcommのPMICの50%以上を生産しており、自社製品にレガシー技術を採用している顧客が数十社に上ります。
野心的な企業であるSMICは、2010年代前半にTSMCとの差を縮めるプロジェクトを開始しました。巨額の研究開発費は大量生産によってのみ利益を生むため、同社はプロセス技術の研究開発と大規模ファブへの投資を必要としていました。
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同社は近年、研究開発予算を大幅に増額しました。2014年の研究開発費は1億8,970万ドルで、売上高の9.5%を占めていました。2019年には、研究開発費は6億2,900万ドルに増加し、売上高の20.7%を占めています。SMICはこれまでギガファブ（TSMCの分類によると、月産10万枚以上のウェーハ生産能力を持つ工場）クラスの生産設備を実際に整備したことはありませんが、Bocom International Holdings Co.のアナリスト、クリストファー・イム氏によると、SMICの北京と上海にある最新の300mmファブは、公式には5万枚以上のWSPM（ウェーハ処理能力）に対応しており、「大量の」装置を収容できるとのことです。
研究開発費の大幅な増加と巨大なファブ棟は、同社が先端ノードの利用率を大幅に向上させ、最先端プロセス技術の世界で小規模ながらも有能なプレーヤーとなる準備を進めていたことを示しています。もちろん、これは中国政府と地方自治体からの巨額の資金提供の結果であり、競合国はこれをあまり好ましく思っていません。
帝国の逆襲
SMICが近年受けた最初の打撃は、EUVの研究開発を継続するために、既に購入していたASMLのTwinscan NXEスキャナーを入手できなかったことです。ASMLは、ワッセナー協定に基づき、中国へのEUVの供給にはオランダ当局の輸出許可が必要だと主張していましたが、米国政府がオランダ政府に許可を発給しないよう要請したと多くの人が述べています。
SMICにとって、サブ10nmプロセスの取り組みを中止することは、14nmプロセスに使用されている装置の大部分がサブ10nmプロセスにも再利用できるため、基本的に14nmプロセスへの取り組みも中止することを意味します。そのため、同社は実績のある技術を活用するよう取り組みを見直しています。
SMICが受けた2つ目の打撃は、軍事技術開発に対抗するため、中国、ロシア、ベネズエラへの軍民両用先端技術の輸出が制限されたことです。さらに、米国政府は、米国企業が製造した機器の香港への輸出を制限しました。香港は、中国企業が米国政府の許可を得ることなく高度な製造ツールを入手する手段となっていました。
SMICはEUVへの参入が遅れていたため（Samsung FoundryやTSMCと比較すると）、深紫外線（DUV）リソグラフィーのみを活用し、高いトランジスタ密度を必要としない低価格チップをターゲットとした12nm、N+1、N+2プロセス技術の開発を開始しました。N+1とN+2はどちらも10nm未満の製造ノードとみなされており、SMICは米国商務省のエンティティリストに掲載されるという大きな打撃を受けました。
明らかに、米国商務省は、10nmノード以降の半導体製造に不可欠な装置やその他の技術（ソフトウェアなど）の製造業者に対し、輸出許可の申請を要求しました。この申請は、拒否されるものと推定されます。リソグラフィースキャナーの主要メーカーであるASMLはオランダに拠点を置いており、米国の規制に従う必要はありませんが、米国には、AMSLのスキャナーが役に立たないファブツールを製造している企業が数多く存在します。
新たな希望
チップ設計者がプロセッサの性能目標を達成する方法の一つは、より多くのトランジスタを投入することです。通常、新しいプロセス技術を導入すれば、18～24ヶ月ごとにトランジスタ数を増やすことができますが、コストを大幅に増加させる必要はありません。しかし、SMICは最先端の製造ツールを利用できないため、今後数年間はムーアの法則に頼ることはできません。しかし、トランジスタ数を増やすには別の方法があります。それは、より多くのシリコンを使用することです。
1つの大きなチップよりも、多数の小さなチップを設計、開発、製造する方が簡単です。AMDはすでに8コア以上のサーバーおよびデスクトップCPUの製造にチップレット設計を採用しており、IntelもコードネームLakefieldプロセッサの製造にチップレット設計を採用しており、コードネームPonte Vecchio Xe-HPCグラフィックスプロセッサにも採用する予定です。
SMIC取締役のシャン・イー・チアン博士は、Tech Newsとの最近のインタビューで、China Renaissanceのレポートに基づき、同社はEUVに多額の投資をする代わりに、高度なパッケージングとチップレット技術を検討していると語った。
「彼は、SMICが将来トップクラスのファウンドリー企業となるためには、異種統合（HI）とチップレットが不可欠になる可能性があると強調した。特に、SMICへのN10以下の技術輸出のライセンス申請に対する米国の明確な「拒否推定」の姿勢を考えると、EUV時代へのノードスケーリングの道はもはや同社にとって実現不可能に見えることを考慮すると、その重要性は増すだろう」と報告書は述べている。
SMICがIntelのEMIBやFoverosのような技術を開発するにはもちろん何年もかかるでしょうが、これらの技術は、SMICが最先端の製造技術を用いてチップを製造できるかどうかに関わらず、将来的に必要となるでしょう。したがって、現時点では、同社が研究開発の重点を最先端のEUVベースの技術から高度なパッケージングに移すことは理にかなっていると言えるでしょう。
シスの復讐
高度なパッケージング技術と洗練されたノードは、数年後にはSMICの競争力を高めるでしょう。しかし、現時点では、同社はより差し迫った問題を抱えています。米国商務省（DOC）のエンティティリストに掲載されているため、必要な化学原料やスペアパーツなどの消耗品を米国企業からライセンスなしで入手することができず、事実上いつでも操業を停止される可能性があります。
米国商務省による輸出許可申請の審査には通常数週間かかり、適切な輸出許可が付与される保証もありません。DigiTimesの報道によると、その結果、SMICはすでに化学材料や一部の消耗品の供給不足に直面しています。
必要な原材料やスペアパーツがなければ、SMICはいずれ化学薬品や部品の入手前に製造を停止せざるを得なくなる可能性があります。そうなれば、顧客の市場投入スケジュールに支障をきたし、一部の顧客は他の半導体製造委託先への切り替えを余儀なくされるでしょう。さらに、SMICが14nmプロセスを用いたチップ製造に使用される先進的な装置のスペアパーツを入手できるかどうかも不透明です。
まとめ
SMICは近年、研究開発費を大幅に増加し、いくつかの先進技術を設計したが、最先端の製造プロセスを開発するには至っていない。
今後、SMIC や他の半導体受託製造業者が提供するサービスに対する需要を必然的に押し上げるであろうメガトレンドが数多く登場するが、同社は高度な技術を必要とする高価なチップを生産することができないため、必然的に潜在的な収益と収益性は低下することになる。
SMICは、EUVベースのノードに多額の資金を投じる代わりに、高度なパッケージング技術とチップレット技術への投資に重点を移そうとしています。さらに、成熟ノード市場における地位の確保にも注力していきます。これは、SMICのコアビジネスであり、今後もこの分野に注力していく予定です。
SMICにとって残念なことに、同社は米国商務省のエンティティリストに掲載されているため、米国企業からの半導体装置、スペアパーツ、化学材料の調達能力が制限されています。そのため、SMICの短期的な将来は、米国の新政権が適切なライセンスを付与する意思があるかどうかに大きく左右されるでしょう。
したがって、 SMICが最新のDUVスキャナーやその他のツール（およびスペアパーツ）を十分な量産体制で保有し、大手ライバル企業に対抗できると仮定すると 、同社のN+1およびN+2プロセスは今後数年間で比較的普及する可能性が高いと言えるでしょう。一方、N+1ノードもN+2ノードも、2021～2023年に量産開始を迎える他社の最先端ノードと競合できるレベルには達しないでしょう。
さらに、SMIC には新しい製造プロセスに取り組んでいる複数の研究開発チームがあるにもかかわらず、同社は今後何年も次世代ノードの重要な実現要素である EUV リソグラフィーと GAAFET 構造を採用できないため、同社のロードマップはますます不確実になっているようです。
それともSMICの将来は不確実か?
しかし、EUVとGAAFETはSMICの長期的な将来にとって重要であるものの、同社がエンティティリストに掲載されることで多くの課題が生じ、同社が計画を大幅に変更せざるを得なくなる可能性があると一部のアナリストは考えている。
SMICはASMLからDUVスキャナーを制限なく入手できます。リソグラフィーツールは半導体製造において非常に重要ですが、ファブで使用されるツールはそれだけではありません。高精度計測、成膜、エッチング、フォトレジスト剥離、ウェハ洗浄に使用される装置は、主に米国企業によって製造されています。
欧州や日本からの代替手段はありますが、新しいツールの導入は常にフロー全体の変更を意味し、時間とリスクを伴うプロセスです。企業が先進的なツールやそのスペアパーツを1つでも期限内に入手できなければ、生産フロー全体が台無しになります。最悪の場合、FinFETプロセス技術を使用した生産を停止し、レガシーノード向けに生産能力を改修する必要に迫られる可能性もあります。
「米国のサプライヤーが出荷前にライセンスを取得する必要があり、肯定的な回答を得る可能性は低いと見られるものの、スペアパーツ／材料の備蓄によってSMICの操業は3～6ヶ月は維持できると見ている」と、中国ルネッサンス証券のアナリスト、Szeho Ng氏は顧客向けメモに記した。「当社のベースシナリオでは、（米国技術供給への依存度が高く、敏感な市場におけるコアチップ製造におけるこの技術の戦略的重要性を考慮すれば）同社のFinFET事業はほぼ停止し、既存設備は平均販売価格が低い従来の300mm（28～90nmノード）製造向けに改修されると想定している。200mm（130nmノード以上）ファブは通常通りの操業を維持すると我々は考えている。」
現在、SMICのFinFET事業は同社の売上高の2～3%を占める程度であるため、14nmプロセスでの生産を停止し、12nmプロセスおよびN+1プロセス計画を中止せざるを得なくなったとしても、売上高の大幅な減少は見込めないだろう。しかし、先端プロセスは収益性が高く、大手顧客にとって魅力的な製品である傾向がある。さらに、旧技術向けに新工場を改修すれば、純利益は必然的に減少する（交換対象となる装置はまだ償却されていないため、損失が発生する）。
全体として、アナリストらは、SMIC の将来は同社自身の研究開発の専門知識や製造力よりも、同社に対する米国政府の姿勢に大きく左右されると考えている。
「SMICに対する米国政府の姿勢は、同社の運命を左右する鍵となるだろう。同社が米国技術への依存から（たとえレガシー300mmプロセスにおいてさえも）間もなく完全に脱却することは、一部の業界ウォッチャーが予想するほど容易ではないかもしれないからだ」とNg氏は述べている。「米国の技術力の影響力は、装置／材料分野にとどまらず、さらに上流のEDA市場にまで及んでおり、そこでは米国の世界的な優位性はさらに高まっている。さらに、装置／材料の世界的な供給において非常に重要な役割を担っている日本がどのような姿勢を示すかは、依然として不透明だ。」
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
