半導体・科学法が成立したことで、米国における半導体開発・生産に対して補助金を受けることになっている企業は、事業拡大のための計画を提案し始めることができるようになりました。例えば、DRAMとNANDメモリの大手メーカーであるマイクロンとウエスタンデジタルは、米国にメモリ研究開発連合を設立し、革新的なメモリを米国で生産することを提案しています。
メモリの開発と生産を米国に戻す
「半導体メモリとストレージ技術という重要な分野で米国のリーダーシップを確保するため、NSTCはこれらの技術の次世代化を可能にするための長期的（5年以上）なビジョンとロードマップを策定し、明確に示す必要がある」と両社の共同声明には記されている。
チップス・アンド・サイエンス基金の支援と関係者からの投資によって設立される官民連携組織の一つに、米国半導体工業会（SIA）によると、産業界、政府、国立研究所、学界を結集し、先進的な半導体研究と試作を行う国立半導体技術センター（NSTC）があります。例えば、マイクロンとウエスタンデジタルは、NSTC傘下として新しいメモリ技術に特化したメモリ連合（MCOE）の設立を提案しています。さらに、両社は米国における新たな製造能力の構築のための補助金の支給も期待しています。
「メモリ・コアリション・オブ・エクセレンス（MCOE）は、この変革の時代と求められる新たな技術革新を支える」と、マイクロンとウエスタンデジタルの声明には記されている。「このMCOEは、産業界、学界、政府機関が連携し、本稿で概説された課題の克服に関連する明確な目標を掲げ、NSTCの全体的な目標をサポートするために、他の主要なコアリション・オブ・エクセレンス（COE）と連携していく必要がある。」
新しいタイプのメモリが必要です。一緒に取り組みましょう
Tom's Hardwareの熱心な読者なら、3D NANDとDRAMは価格変動が激しいコモディティであり、メーカーの収益性に大きな影響を与えることを指摘するでしょう。だからこそ、こうしたメモリを最もコストの低い地域で製造することが不可欠であり、米国は明らかにその地域にふさわしくないのです。さらに、MicronとWestern Digitalは既に日本でDRAMと3D NANDの研究開発拠点を構えているため、米国でのMCOEは過剰に思えるかもしれません。しかし、考慮すべき要素がいくつかあります。
まず、MicronとWestern Digitalがドメイン固有アーキテクチャ（DSA）と呼ぶ次世代コンピューティングデバイスには、全く新しいタイプのメモリが必要になります。特に、両社は、異なる種類のメモリを使用する汎用コンピューティングアーキテクチャ、高速メモリを使用するアクセラレータ対応設計、そしてコンピューティング（ロジック）とメモリを緊密に統合したメモリ中心のアーキテクチャを挙げています。従来のアーキテクチャでは3D NAND、DRAM、HBMなどが引き続き使用されますが、新興アーキテクチャでは新しいタイプのメモリが必要となり、性能、消費電力、面積、機能、コスト、複雑さなど、さまざまなデバイス指標において包括的なメリットを提供する必要があると、両社は述べています。
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第二に、これらの新しいメモリタイプは現時点では存在しないため、MicronやWestern Digitalなどの企業は、最終的にそれらを設計するためにメモリの基礎研究に投資する必要があります。例えば、Western Digitalは、将来有望なストレージクラスメモリ（SCM）タイプであるReRAMに長年投資してきましたが、成果は出ていません。一方、Micronは、Intelと共同開発した3D XPointをまだ適切に商品化していません。業界では、SCMアプリケーション向けの有望な技術（PCM、MRAM、FeRAMなど）がいくつか特定されていますが、これらの技術はいずれも普及していません。とはいえ、革新的なメモリタイプの基盤技術を、コストを分担して市場投入までの時間を短縮するために、学術界と連携したR＆Dコンソーシアム／連合によって開発することは、非常に理にかなっています。
第三に、革新的なメモリの開発には、多くの場合、全く新しい材料、デバイス構造、製造技術など、基礎研究への多額の投資を必要とする様々な要素が必要になります。繰り返しになりますが、企業と学術機関の連携は、社内での研究開発よりも、基礎科学へのより包括的なアプローチを示す傾向があります。例えば、IBMとSUNY Polyは次世代半導体の研究開発を共同で行っています。
第四に、メモリを演算ロジックに近づけることは大きな課題であり、2.5Dおよび3Dパッケージング技術は今後ますます重要になるでしょう。これらの技術を共同で開発することは、すべての人にとって有益です。
最後に、最先端の製造技術を用いたチップの開発・製造には、根本的な課題が存在します。そのため、マイクロンとウエスタンデジタルは、新しい材料、構造、設計に基づく次世代ソリューションの開発を加速するために、シミュレーション（TCAD）ツールと電子設計自動化（EDA）ツールの共同開発が不可欠であると主張しています。さらに、EUVマスクやウェーハパターニングソリューションといった革新的な製造装置技術の成長を加速させることで、EUVツールや新しい計測・材料分析／特性評価ツールの生産性を向上させることが不可欠です。
Micron と Western Digital は、MCOE が以下の活動に重点を置くことを期待しています。
- 材料、製造技術、分析手法に関する高度な「競争前」研究開発。
- メモリ中心のコンピューティング (インメモリ コンピューティング、ニアメモリ コンピューティング、アナログ コンピューティングを含む) 用のメモリ テクノロジ。
- 革新的な 3D メモリ テクノロジー。
- 高度なパッケージングとスタックされたメモリ ソリューション。
- ウェーハおよびチップ レベルでの異種統合 (機能的および/または物理的)。
- 新しいコンセプトの検証のために高度な CMOS を統合した X ポイント アレイ。
- 複雑なテクノロジーとシステムを迅速に開発し、共同最適化するためのモデリング方法論とツール。
一般的に、MicronやWestern Digitalのような企業は、特定のアプリケーション（彼らの言葉を借りればDSA）に対応する独自のメモリを開発できる一方で、他の米国企業と共同で基礎研究開発や生産体制の構築を進めたいと考えています。したがって、NSTCとMCOEが成功すれば、参加企業の競争力が向上し、ひいては米国半導体業界全体の競争力も向上するでしょう。
最先端メモリ工場が米国に進出
米国で革新的な材料を発見し、先進的なメモリ技術を開発することは一つの課題です。しかし、メモリ生産を米国に持ち込むことは全く別の課題です。マイクロンは火曜日、2020年末までに米国における最先端メモリ製造事業に400億ドルを投資する計画を発表しました。
「この法案により、マイクロンは今後10年間でメモリの国内生産量を世界市場の2％未満から最大10％まで拡大することができ、米国は世界で最も先進的なメモリ製造と研究開発の拠点となるだろう。」
Micron 社は、米国でどのような種類のメモリ (3D NAND、DRAM、SCM など) を生産する予定なのかは明らかにしていませんが、同社が米国でプレミアム タイプのメモリを製造しようとしているのではないかと推測できます。
一方、今後7～8年でファブに400億ドルを投資すれば、Micronはほぼすべての種類のメモリを製造できるEUV対応ファブを1つ、あるいは中規模EUVおよび高開口数EUV対応の製造施設を2つ（あくまで推測ですが）取得できる可能性があります。いずれにせよ、Micronは最先端のプロセス技術を米国に導入し、高度で高価なメモリデバイスを製造しようとしているようです。
現在、韓国、日本、シンガポールのメーカーが最先端のメモリ製造プロセスを採用しています。Micronはこの傾向を逆転させる計画です。
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。
