米国は世界最大の半導体開発国です。しかし、半導体がより普及し、重要性を増すにつれ、他国が半導体設計の優位性と市場シェアを拡大しています。
米国半導体工業会とボストン コンサルティング グループの報告によると、米国が世界最大の半導体開発国としての地位を維持したいのであれば、米国政府は国内の半導体研究開発への資金援助をする必要があるという。
チップ開発は高価
米国企業は世界の半導体設計関連売上高の約46%を占めており、これは最も近い競合他社の約2.5倍に相当します。米国はCPU、GPU、その他様々な複雑なSoCといったロジックチップにおいて特に強みを持っており、AMD、Apple、Intel、Nvidia、Qualcommといった企業がプロセッサ、グラフィックカード、モバイルSoC市場を独占しています。
しかし、市場シェアは46%減少しています。SIAによると、2015年には米国が市場の50%以上を占めていました。この減少は、中国、韓国、台湾などの国々が、連邦政府および地方自治体の支援による半導体研究開発活動や国内の人材育成のおかげで、長年にわたり設計関連のシェアを拡大してきたためです。例えば、韓国は2021年に、今後10年間で国内半導体産業を育成するための4,500億ドルの計画を承認しました。この計画には、AIおよびパワーチップ設計への13億ドルが含まれています。
報告書によると、何も変わらず米国が現在の下降傾向を続けると、チップ設計収益における米国のシェアは10年末までに36％に低下する可能性があるという。
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ロジックチップやメモリチップが複雑化するにつれて、研究開発投資とエンジニアリング人材の増強が必要になります。International Business Researchによると、5nmクラスのプロセス技術で製造されるかなり複雑なチップの設計コスト（物理的な集積回路と関連ソフトウェアの両方の設計を含む）は、5億4,000万ドルを超えると推定されています。米国企業は毎年数十個のこのようなシステムオンチップを製造し、設計関連の研究開発に数十億ドルを費やしています。2021年だけでも、米国企業はチップ設計に約400億ドルを投入しました。
米国半導体工業会（SIA）のアナリストは、米国の公共部門が今後10年間で研究開発と人材育成に4,000億ドルから5,000億ドルを投資すると予測している。しかし、彼らは、これは国全体の半導体設計におけるリーダーシップを維持するには不十分だと考えている。
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SIAとBCGの専門家は、米国の半導体設計業界はすでに熟練労働者の不足に直面しており、科学、技術、工学、数学（STEM）系の卒業生が業界を去るため、2030年までにその不足は23,000人にまで拡大する可能性があると警告している。
さらに、成長を続ける人工知能や高性能コンピューティング アプリケーション向けの最高級プロセッサ (AMD の Instinct MI250X、Intel の Ponte Vecchio、1 個あたり 10,000 ドル以上で販売される Nvidia の A100 および H100 コンピューティング GPU など) に対する輸出制限などは、収益成長を制限するため、米国企業の研究開発への投資能力をさらに脅かしています。
大手OEMはチップに依存している
チップ設計の卓越性は、アメリカのチップ開発企業の繁栄を確固たるものにするだけでなく、隣接するOEM（相手先ブランド製造）企業の成功も保証しています。米国には、Apple、Dell、HP、HPEなど、世界トップクラスの企業34社が存在します。一方、中国にはHuawei、Lenovo、BKK、Xiaomiなど、中華人民共和国製をはじめとする他国製のチップを消費する巨大企業が27社あります。
中国政府は、たとえ他国で生産されるものであっても、国内で半導体を開発することの重要性を理解しており、長年にわたり国内の設計産業を育成してきた。SIAのデータによると、中国のファブレス企業上位25社の収益は、2017年の122億ドルから2020年には244億ドルへと倍増した。
公共部門のチップ開発資金が必要
今年初めに可決された CHIPS & Science Act には、新しい半導体製造方法 (つまり、新しい基本的な製造技術)、高度な半導体研究 (トランジスタ構造、材料)、計測研究、革新的なチップ パッケージングに重点を置いたさまざまな研究開発プロジェクトへの 110 億ドルの支出が含まれます。
しかし、この法律ではチップ設計者への資金提供は行われない。マイクロン社とウエスタンデジタル社は、素材、トランジスタ、製造方法、分析、計測技術など、競争前の研究開発を行うための資金をいくらか得るものの、他社が開発した製品と競合する実際の製品を設計するための資金は得られない。
競合他社に先駆けて実際の製品を開発することは、先駆者が他社が追随せざるを得ない新たな市場標準を確立できるため、極めて重要です。独自の標準を確立した企業は、直接的な利益を得る傾向もあります。例えば、NVIDIA独自のCUDA並列コンピューティングプラットフォームと開発環境は、競合他社をはるかに凌駕しており、同社はAIおよびHPC分野において長年にわたり優位に立ってきました。
現在、米国における半導体設計研究開発の約13%は公的投資によって賄われています。欧州、台湾、韓国、日本では、こうした研究開発の約20%～30%が政府、地方自治体、あるいは税制優遇措置によって賄われています。中国では、チップ設計関連の研究開発の実に45%が、直接的な公的資金（政府、地方自治体、公立大学など）、税制優遇措置、その他の施策によって賄われています。
今後、チップ設計における米国のリーダーシップを確保するには、公共部門の投資が必要だと、半導体工業会とボストン コンサルティング グループの専門家は考えている。
アナリストらによると、良いニュースとしては、設計と研究開発に投資された公的資金が民間部門の追加投資を誘発し、その結果、実際のチップの売上が大幅に増加するということだ。
彼らの推計によると、米国の公共部門が2030年までに設計と研究開発に200億ドルから300億ドル（150億ドルから200億ドルの設計税制優遇措置を含む）を投資すれば、10年間で約4,500億ドルの設計関連売上高が創出されるという。また、2万3,000人の半導体設計エンジニアの育成と雇用を促進し、13万人の間接雇用を創出する。
まとめ
米国は依然として高度なロジックプロセッサやその他のロジックではリードしていますが、メモリ、センサー、オプトエレクトロニクスでは遅れをとっています。この状況はすぐには変わりませんが、現在の傾向が続けば、今後数年間で米国企業が支配するチップ設計関連の収益シェアも低下する可能性があります。
業界の専門家は、米国が対策を取らなければ、欧州とアジアにおけるチップ設計と研究開発への公的資金提供によって、米国以外の企業がチップ設計関連の収益シェアを拡大できるようになるとみている。
米国では、チップ開発エコシステムがすでに存在し、国内には何十社もの競争力のあるチップ設計者が存在するため、チップ設計研究開発への公的投資は極端に高額になる必要はありません。
SIAとBCGの報告書によると、米国の公共部門が2030年までに設計・研究開発（税制優遇措置を含む）に200億ドルから300億ドルを投資すれば、民間部門の投資が促進され、10年間で約4,500億ドルの設計関連売上高の増加が見込まれます。これは、米国が世界有数の半導体開発国としての地位を維持するには十分すぎる額です。
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。
