TSMCは3nmウェハ1枚あたり2万ドルを請求すると報道

TSMCは、最先端のN3（3nmクラス）プロセス技術で製造されたウエハーの価格を、N5（5nmクラス）製造ノードと比較して25%引き上げると報じられています。これにより、GPUやスマートフォン用SoCなどの複雑なプロセッサの価格が即座に上昇し、グラフィックカードや携帯電話などのデバイスも高価になります。一方、法外な高コストは、マルチチップレット設計の魅力を高めるでしょう。

DigiTimes（@RetiredEngineer経由）によると、TSMCの最先端N3製造技術で処理されたウェハ1枚あたりのコストは2万ドルを超えるとのことです。一方、N5ウェハ1枚は約1万6000ドルとのことです。

N5およびN3製造ノードでのチップ製造が高価になる理由は数多くあります。まず、どちらの技術も極端紫外線（EUV）リソグラフィーを広範囲に使用しており、N5では最大14層、N3ではさらに層を重ねています。EUVツール1台あたり1億5000万ドルのコストがかかり、ファブ内に複数のEUVスキャナーを設置する必要があるため、TSMCにとって追加コストが発生します。また、N5とN3でチップを製造するには長い時間がかかるため、これもTSMCにとってコスト増加につながります。

TSMCのウェハ価格設定疑惑

TSMCは通常、実際の顧客以外にはウェハの価格を公表しません。また、Apple、AMD、Nvidia、さらにはライバルのIntelといった企業からの大口注文で適用される契約価格は、基本価格よりも低くなる可能性があることにも留意する必要があります。それでも、現在の価格については、レポートで以下のように述べられています。

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ウエハース1枚あたりの価格	2万ドル	1万6000ドル	1万ドル	6,000ドル	3,000ドル	2,600ドル	2,000ドル
ノード	N3	N5	N7	N10	N28	40nm	90nm
年	2022	2020	2018	2016	2014	2008	2004

TSMCのサービスを利用するチップ開発者は、新規チップのコストを下流の顧客に転嫁すると予想されており、スマートフォンやグラフィックカードの価格が上昇するでしょう。現在でも、AppleのiPhone 14 Proは999ドルから、NVIDIAのフラッグシップGeForce RTX 4090は1,599ドルとなっています。AppleやNVIDIAのような企業がTSMCのN3ノードを採用すれば、製品の価格はさらに上昇すると予想されます。

もちろん、チップの実際のコストは、現代のスマートフォンやグラフィックカードに搭載される他のすべての部品と比較すると、依然として比較的小さいと言えるでしょう。例えば、面積が608mm²のNvidiaのAD102を例に挙げましょう。ウェハあたりのダイ数を計算した結果、NvidiaはN5ウェハから約90個のチップを製造でき、チップ1個あたりの基本コストは178ドルと推定されています。パッケージング、PCBコスト、部品、冷却などのコストは、おそらく少なくともその2倍のコストを占めるでしょう。しかし、実際のコストは、現代のチップ設計における研究開発コストにあります。

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ヘッダーセル - 列 0	N3E対N5	N3対N5
同じ電力で速度向上	+18%	+10%～15%
同じ速度での電力削減	-34%	-25%～-30%
ロジック密度	1.7倍	1.6倍
HVM スタート	2023年第2四半期/第3四半期	2022年下半期

TSMCの価格が上昇しているのには合理的な理由があるものの、現時点では最先端の製造技術を用いて十分な歩留まりで大量生産できるライバルが存在しないことから、TSMCは価格上昇を免れていると言えるでしょう。Samsung Foundryは3GAEプロセス技術（3nmクラスのゲートオールアラウンドトランジスタ）でTSMCを上回っていますが、歩留まりが不十分なため、小型の暗号通貨マイニングチップにしか使用されていないと考えられています。一方、Samsung Foundryの4nmクラスのプロセス技術は、性能面で期待に応えられませんでした。

サムスンとインテルのファウンドリーサービスが TSMC の技術を上回るプロセス技術を提供した場合、世界最大のファウンドリーは価格をある程度抑える必要が出てくるでしょう。ただし、ファブのコストが上昇し、チップ開発コストが上昇し、製造技術が複雑化しているため、ファウンドリー市場での競争が激化し、チップ価格が下がるとは予想していません。

一般的に、最先端ノードのチップ製造コストは、Intel、GlobalFoundries、Samsung、TSMC、UMCがFinFETトランジスタを採用した2010年代半ばから急激に上昇し始めました。当時、半導体受託製造業者間の熾烈な競争にもかかわらず、すべての企業にとってコストは上昇しました。

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TSMCがN3を採用する最初の顧客はAppleになると予想されています。Appleは適切なSoCを開発し、大量生産し、ハードウェアで利益を上げる余裕があるからです。AppleはN3でどのようなプロセッサを開発する予定かを明らかにしていませんが、現行のM2とA16 Bionicの後継機となるのが理にかなっていると思われます。他のチップ開発者は、TSMCのN3の法外な高コストを理由に当面は採用を控え、開発コスト、リスク、製造コストの削減を理由にチップレットベースの設計を採用するかもしれません。

繰り返しになりますが、TSMCは見積もりについてコメントしておらず、N3ウェハ1枚あたり約2万ドルの価格設定に関する情報についてもコメントしていません。これらの数字は業界関係者から得たものであり、実際の大量生産価格を反映しているとは限りません。