中国のASIC受託設計会社であるInnosiliconは、Semiconductor Manufacturing International Corp.（SMIC）のN+1プロセス技術（低価格チップ向け7nmクラス）を採用した世界初のチップをテープアウトしました。このテープアウトは、中国国内の半導体産業全体、そして特にSMICにとって大きな飛躍的進歩です。同社はGlobalFoundries、Samsung Foundry、そして市場リーダーである台湾積体電路製造（TSMC）といったはるかに大きなライバル企業に追いつこうとしています。しかし、SMICが米国商務省のエンティティリストに掲載された今、N+1プロセス技術が量産に使用されることはあるのでしょうか？
（cnTechPost、China Renaissance Securities、DigiTimes、EE Times、Innosilicon、IC Insights経由）
テープアウト
ASIC の契約設計者であり、高度な IP のプロバイダーでもある Innosilicon は、SMIC の N+1 ノードを使用してテープアウトされたチップが、さまざまな IP を搭載したテスト チップであったか、または Innosilicon の顧客の 1 社が注文した実際の商用製品であったかを明らかにしていません。
同社が言っているのは、SMICが実行可能な歩留まりを達成できるように、このチップは「過去数か月間に複数回のテスト反復」を経て、「すべての機能テストに一発で合格した」ということだ。また、イノシリコンは、N+1プロセスが発表される前の2019年から「設計の最適化に数千万元（1000万円は約149万ドル）を投資してきた」と主張している。
Innosilicon と SMIC は長年協力関係にあり、契約チップ設計業者である同社は、成熟したプロセス技術 (55 nm、40 nm、28 nm など) と FinFET ベースのプロセス技術 (14 nm、12 nm、7 nm) の両方を使用して、数十もの SMIC の顧客がチップを開発するのを支援してきたと述べているため、Innosilicon が SMIC の N+1 を試す最初の企業であることは特に驚くべきことではありません。
SMICとInnosiliconが最初の商用N+1チップをテープアウトしたとしても、そのASICが量産されるまでには1年かかるかもしれません。いずれにせよ、このテープアウトは、少なくともN+1用のIPが利用可能になり、Innosiliconがその技術の活用方法を理解していることを意味します。
SMICのN+1
SMIC の N+1 製造技術は、同社のファウンドリーの 14 nm および 12 nm 製造プロセスに続く、同社の次の主要ノードです。
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SMICによると、同社のN+1テクノロジーは、14nmノードと比較して、パフォーマンスを最大20%向上（クロック周波数と複雑さは同じ場合）、または消費電力を57%削減（消費電力と複雑さは同じ場合）できるとのことです。さらに、このテクノロジーはトランジスタ密度を最大2.7倍に高める可能性を秘めています（ただし、すべてのトランジスタ構造に当てはまるわけではありません）。
SMICのN+1プロセスは、スケーラビリティと消費電力が大幅に改善されており（14nmノードと比較して）、GlobalFoundriesの12LP+、Samsung Foundryの8LPP、さらにはTSMCのN7（7nm、非EUV）と比較できるものの、パフォーマンスの向上はせいぜい控えめです。そのため、SMIC自身はN+1を主に低消費電力・低コストデバイス向けに位置付けています。
8月にSMICは、N+1が「顧客製品検証を完了した」と発表していた。
SMICは2018年にASMLから購入したTwinScan NXE極端紫外線（EUV）スキャナーをまだ受領していないため、SamsungやTSMCの最先端プロセスとは異なり、N+1およびN+2技術ではEUVを使用していません。DUVリソグラフィのみに依存することで、SMICのノード性能と拡張性の向上能力は著しく低下し、最先端分野における市場リーダーとの競争は当面不可能となるでしょう。
現時点では、SMICにとってこれは大きな問題ではありません。成熟技術（40/45nm以上）が2020年第2四半期のウェーハ売上高の90.9%を占めたためです。一方、28nmと14nmは第2四半期の同社のウェーハ売上高のわずか9.1%を占めており、前者は後者よりも人気が高いと考えられています。しかし、中国企業は高度なFinFETベースのプロセス技術を必要としており、その多くは現地サプライヤーとの連携を望んでいます。
需要の高まり
5G、AI、エッジコンピューティング、HPCといった、今後数年間で半導体の世界的な需要を増加させるであろう多くのメガトレンドが迫っています。しかし、中国では半導体ブームが続いています。中国ルネッサンス証券によると、中国の半導体設計企業の数は2015年の736社から2017年には1,780社に増加しました。
これらの中国企業はいずれも、どこかでチップを製造する必要があります。実際、IC Insightsは、中国のファブレス開発企業が2020年の世界のファウンドリー売上高の22%を占めると予測しています。HiSiliconへの出荷停止が、短期的および長期的に中国へのファウンドリー売上高にどのような影響を与えるかはまだ不明ですが、中国が米国に次ぐ世界第2位のファウンドリーサービスの消費国であることは明らかです。
現在、中国におけるロジックチップ生産の受注の67%は、台湾、シンガポール、米国のTSMC、UMC、GlobalFoundriesによって賄われています。SMICは中国最大かつ最先端のファウンドリであり、中国国内のチップ需要の19%を生産しています。そのため、同社にとって、特化型ノードに再び注力するのではなく、最先端のプロセス技術の開発を継続することは理にかなっています。SMICには大きな成長余地があるからです。
しかし、SMICにとって大きな問題がある。
エンティティリスト
今年初め、米国商務省はSMICをエンティティリストに加えると警告した。SMICは中国人民解放軍のニーズに応えていると考えているためである。SMICはこれを否定している。さらに、中国、ロシア、ベネズエラへの技術輸出に対する規制を強化した。
その結果、米国を拠点とする企業（または米国で何かを開発または製造する企業）がSMICに製造ツール、部品、材料、ソフトウェアなどを販売したい場合は、DoCからライセンスを取得する必要があり、DoCはそのようなライセンス申請を（少なくとも11月の大統領選挙前までは）拒否推定に基づいて審査すると予想されています。
その結果、SMIC が新しいプロセス技術の開発を継続するだけでなく、現在の能力を維持および拡大するために必要な、高度な装置、既存のツールのスペアパーツ、材料、ソフトウェアを入手することはほぼ不可能になっています。
N+1の見通しは不透明？
SMICは、新規施設や装置への投資に伴い、ここ数四半期にわたり設備投資額を徐々に増加させています。一部のアナリストは、SMICのN+1ノードおよびN+2ノードは、同社の14nmおよび12nmテクノロジーで使用されているものと同じ（またはほぼ同じ）製造ツールセットに依存していると考えています。
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スキャナーを何の制約もなく入手できます。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、ウェーハ洗浄など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。欧州や日本製の代替品もありますが、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となります。SMICが1つの最新ツールまたはそのスペアパーツを期限内に入手できない場合、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が生じる可能性があります。
「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。
