インテルは火曜日、「IDM 2.0」と呼ばれる将来ビジョンを明らかにした。これは、アウトソーシングとファウンドリサービスという対照的な2つの要素を組み合わせた同社の統合デバイス製造（IDM）モデルの進化形である。
インテルは自社製造を放棄するつもりはなく、プロセス技術におけるリーダーシップを取り戻すために必要なあらゆる措置を講じる。さらに、米国と欧州で生産能力を増強し、サードパーティへのファウンドリーサービスの提供を開始する。同社はアリゾナ州の生産能力拡大に200億ドルを投資する予定だ。
プロセス技術のリーダーシップを取り戻す
Intel は 10 nm 製造プロセスで市場投入が遅れましたが、このノードはパフォーマンス、電力、トランジスタ密度の組み合わせに関して TSMC の N7 に対して競争力があることが証明されていますが、TSMC の N5 と Samsung の 5LPE テクノロジは明らかにより低い電力とより優れた密度を提供します。
10nmの遅延は決して良いことではありませんが、IDMではこのようなことは大きな問題を引き起こすことなく起こります。Intelにとって特に厄介なのは、Samsung FoundryとTSMCが量産製造（HVM）における極端紫外線（EUV）リソグラフィーの経験を積んでいる一方で、CPU大手のIntelは10nmファブの歩留まりを固定し、研究室で7nmノードの再開発を進めていることです。
インテルは7nm製造プロセスにおいて、まさに再設計を行いました。インテルの新CEO、パット・ゲルシンガー氏は、インテルが7nm技術の開発を開始した当初、EUVツールを広範囲に使用できるかどうか確信が持てなかったため、マルチパターニング技術に固執したと述べています。クアッドレイヤー、ペンタレイヤー、ヘキサレイヤーといったパターニング技術は、既に10nmノードの欠陥密度に影響を与えており、インテルはノードの再設計を余儀なくされました。7nmでは、マルチパターニングは当然ながら10nmノードよりもさらに大きな悪影響を及ぼします。そのため、インテルは当初の7nm技術の欠陥密度が高すぎると判断したのです。
その結果、メーカーはプロセスを再設計し、EUVツールの使用率を2倍（つまり、2倍の層数で使用）に増やし、設計ルールを簡素化する必要がありました。これは歩留まり、サイクルタイム、そしてコストの面で好ましい結果をもたらします。残念ながら、インテルは 新しい 7nm製造プロセスの特性や、10nm SuperFinおよび10nm Enhanced SuperFinテクノロジーとの比較について公表していません。
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全体的に良いニュースとしては、Intelが7nm EUVベースの技術にようやく満足し、7nm設計の1つ（コードネームMeteor Lake製品のCPUタイル）を2021年第2四半期にテープインする予定になっていることだ。すべてが順調に進めば、Meteor Lakeは2023年中に市場に投入されるだろう。一方、Intelのスーパーコンピューター向けコードネームPonte VecchioプロセッサーのGPUコンピューティングスライスは、製品が2022年に出荷される必要があるため、かなり長い間TSMCで製造される必要がありそうだ。
多くの観測者は、インテルの10nmプロセスが当初、欠陥密度が高すぎた理由の一つは、設計目標があまりにもアグレッシブだったことにあると指摘しています。10nmプロセスで得た教訓を踏まえ、インテルはファウンドリのような反復的なノード開発モデルを採用しました。これは、リスクを軽減するために、より慎重なアプローチとなっています。
インテルは2019年から、毎年、いくつかの改良を加えた10nmテクノロジーの新バージョンを導入してきました。各バージョンで大幅な改良を行う必要はありませんが、競争力のある製品の開発を可能にします。インテルのCEOであるパット・ゲルシンガー氏によると、同社は今後も同様の戦略を継続していくとのことです。このようなアプローチは、インテル自身だけでなく、ファウンドリの顧客にとっても有益となるでしょう。
製品面では、インテルは2024年から2025年にかけてCPU性能において「疑いようのない」リーダーシップを獲得すると予測しています。一方、プロセス技術におけるリーダーシップの回復時期については、具体的な言及はありません。
インテルの7nmプロセスは2023年に向けて順調に進んでおり、TSMCのN3（3nm、FinFET）ノードやサムスンの3GAE（3nm、MBFCFET）ノードと競合することになる。中国ルネッサンス証券のアナリストは、インテルが10nmから7nmへの移行でフルノードPPA（電力、性能、面積）の向上を実現できれば、次世代テクノロジーのトランジスタ密度は230MTr/inch2から240MTr/inch2になると予測している。
一方、TSMCのN3のトランジスタ密度は250MTr/inch2程度と予測されているのに対し、Samsung Foundryの3GAEのトランジスタ密度は220MTr/inch2をわずかに下回ると予測されています。これらの数値は非常に大まかな推定値であるため、これに基づいて多くの結論を導き出すことは困難です。それでも、Intelが2023年に7nmプロセスで業界最高の製造プロセスを実現する可能性は低いでしょう。
IBMとの研究協力
インテルが自社製品メーカーとして成功し、競争力のあるファウンドリーサービスを提供するためには、包括的なプロセス技術のポートフォリオを提供し、チップを大量生産できる体制を整える必要があります。最新の半導体製造プロセスの開発は、材料やトランジスタ構造に関する広範な基礎研究を必要とするため、既に非常に高額になっています。
インテルは研究組織を強化し、コストを分担するため、今後数年間の半導体製造の将来にとって基礎となる2つの要素である、次世代の製造プロセスと高度なパッケージング技術の共同研究に関してIBMと契約を締結した。
両社は今後どのような研究開発を共同で行うのか詳細を明らかにしておらず、プレスリリースでは「半導体製造のイノベーションを加速し、米国半導体産業の競争力を強化し、米国政府の主要イニシアチブを支援することを目指す」と述べられているが、これはあまり意味をなさない。しかし、おそらくここで重要なメッセージは、インテルが自社内で全てを研究開発するのではなく、業界他社と協力する意思を示しているということだろう。
米国と欧州の新しい工場
インテル・ファウンドリー・サービス（IFS）は、インテルがファウンドリー事業に参入した最初の試みではありません。インテルは数年前にインテル・カスタム・ファウンドリー（ICF）部門を運営していましたが、当時はそれほど必要とされていなかったため、本格的には発展しませんでした。現在、インテルは研究開発費、ツール費用、そして運用コスト（消耗品や部品などの価格上昇）の増大により、自社製品以外の半導体製造規模を拡大する必要に迫られています。そのため、インテルは競争力を維持するためにIFSを必要としています。
インテル・ファウンドリー・サービスは、インテル社内の独立企業として設立され、半導体業界のベテランであるランディール・タクル博士が率い、パット・ゲルシンガー博士に直属します。IFSは主に先端技術に注力し、インテルの既存のファブを活用するだけでなく、ファウンドリー事業向けに特別に構築された新たな設備も追加します。TSMCなどのファウンドリーと同様に、IFSはビルディングブロックと設計ルールを含む業界標準のプロセス開発キット（PDK）を提供します。また、ファブレス・チップ開発者が使用するケイデンスとシノプシスの業界標準の電子設計自動化（EDA）ツールも採用します。対照的に、PDKも標準EDAツールも、何年も前にICFの顧客には提供されていませんでした。そのため、インテルはIFSを通じてこの問題を解決します。
インテルは、米国における大規模ファウンドリー事業の実現に向け、アリゾナ州オコティロ・キャンパス内に2棟のEUV対応ファブを新たに建設する計画だ。このファブは、既存顧客向けにインテル製品を製造している他のファブに近接している。インテルは今年中に新ファブの建設を開始し、約200億ドルを投じる予定だ。これは、これらのファブがそれほど大規模なものではないことを示唆している。アリゾナ州と米国政府は、インテルがこれらのファブを建設するための一連のインセンティブを提供する予定であると、インテルは発表したが、詳細は明らかにしなかった。
今後、インテルは自社製品およびIFS部門向けに、特に米国、欧州、その他の地域に新たなファブを建設する計画です。適切な発表は2021年中に行われる見込みです。同社は様々な選択肢を検討しているため、具体的な計画はまだ公表できませんが、ファウンドリーサービスを世界規模で提供したいと考えていることは明らかです。
従来のファウンドリーとは異なり、インテルはレガシーノードには関心がなく、収益性の高い先進的な製造技術を用いてチップを製造したいと考えているようだ。一方、同社は米国国防総省の主要なファウンドリーの一つとなることを目指しており、今後しばらくの間は旧式のファブを維持していく必要があるだろう。
7 nmをヨーロッパに導入
インテルは、生産能力を世界規模に拡大するための継続的な取り組みの一環として、2019年から2021年にかけてアイルランドのファブ拡張に70億ドルを追加投資しました。この拡張により、生産施設にEUVツールが導入され、インテルの7nmノードを使用したチップの製造が可能になり、今後数年間で最先端の7nmテクノロジーがヨーロッパにもたらされることになります。しかし、そこには落とし穴があります。
パット・ゲルシンガー氏が今週の記者会見で語ったように、同社は年内に米国、欧州、その他の世界各地で同社の新しいファウンドリー事業をサポートするために次の段階の拡張を発表する予定である。そのため、インテルは、 EU当局から機会を与えられる可能性のある他のファウンドリーよりかなり先に、欧州にさらに多くの EUV対応能力をもたらす可能性がある。
インテルは欧州におけるファウンドリー事業の詳細をまだ明らかにしていないが、この半導体大手が大西洋の向こう側で先進的な半導体を製造することに非常に真剣に取り組んでいることは明らかだ。
インテルのIFS：アーキテクチャに依存しないが、独自の提案を持つ
半導体の受託生産には多くの要素が絡み合っています。生産能力とプロセス技術は、あらゆる半導体製造事業の二大柱です。ファウンドリーは、優れたPDK、シンプルな設計ルール、業界標準の設計ツールとの互換性、そして半導体開発をさらに簡素化する基盤IPポートフォリオも確保する必要があります。IFSを世界クラスのファウンドリーにするために、インテルは標準インターフェース、サードパーティ製IPビルディングブロック、そしてインテル独自のIPブロックを含むIPポートフォリオへの投資を計画しています。
インテルのファウンドリーであるIFSは、自社が製造するチップやアーキテクチャに依存せず、ArmやRISC-VのCPUコアをベースに、ArmやImagination Technologiesのグラフィックスを搭載したSoCを他の半導体受託メーカーと同様に製造できます。しかし、IFSは顧客がインテルのIPとパッケージング技術を利用できるという点で、業界の競合他社に対して2つの重要な優位性を持っています。
現在、システムオンチップ（SoC）の大部分は、差別化IP（複数可）の開発・実装を経て、Armが開発した定義済みのArmコア、メモリおよびストレージコントローラ、他社が開発した適切な物理インターフェース、そして様々な必要なIPブロックを組み込むことで設計されています。IFSのお客様は、Arm、RISC-V、PowerVRの代わりに、Intelのx86 CPU、Xe GPU、メディア、グラフィックス、ファブリック、その他の重要なIPを選択できるようになります。もちろん、ライセンス料を支払い、一定の条件に同意する必要がありますが、簡単に言えば、IFSはIntelに匹敵するカスタムx86プロセッサを構築できるのです。
もちろん、IFSの顧客の大多数は、様々な理由から業界標準のIPに固執するでしょう（Intelと自社の分野で競合するのは得策ではないかもしれません）。しかし、少なくとも一部の企業にとっては、IntelのIPコアのライセンス取得が可能になる可能性は十分にあります。例えば、Intelの市場をリードするメディアエンコーダ／デコーダとグラフィックスIPを組み合わせたカスタムSoCを構築することは、様々なクラウドゲーム企業にとって魅力的な選択肢となるでしょう。また、MicrosoftやGoogleのようなエクサスケール企業は、独自のx86ベースのデータセンターSoCを設計できるかもしれません。現代のSoCの複雑さを考えると、HVMで実証済みのIntelのEMIBおよびFoverosテクノロジーは、非常に小規模なもの（IntelのLakefieldなど）から非常に大規模なもの（IntelのPonte Vecchioなど）の構築を目指す顧客にとって非常に重要になるでしょう。
実際、インテルによると、Amazon、Ericssson、Google、Microsoft、Qualcommなど、IFSの設立とそれが提供する機会に期待を寄せている企業は数多くあるという。これらの企業がインテルのファウンドリサービスの利用を確約しているわけではないものの、IFSを支持するだけでも事業にとって良いスタートとなるだろう。
まとめ
インテルは52年の歴史の大部分において、CPUの統合デバイスメーカーとして事業を展開してきました。過去20年間で製品ポートフォリオは大幅に拡大し、近年ではGPU、FPGA、XPUへの進出を開始しました。昨年、インテルは自社の変革と製品設計へのアプローチに向けた大規模な取り組みを開始しました。新たに発表されたIDM 2.0戦略は、新生インテルに向けた新たな一歩です。
チップ設計におけるモジュール型アプローチにより、インテルは社内外の異なるファブで異なるプロセス技術を用いて製品用のチップレットまたはタイルを製造できます。そのため、同社は2023年にTSMCに一部製品をアウトソーシングすることで、このメリットを活用する予定です。さらにそれ以前にも、インテル、TSMC、Samsung Foundryによるビルディングブロックを含む、多様な製造プロセスを用いて製造される、コードネーム「Ponte Vecchio」と呼ばれるコンピューティングGPUをリリースする予定です。
同時に、インテルが半導体受託生産事業に参入するという決定は、同社が将来的に最高のノードを提供できるという自信を示している。一方、インテルはTSMCやサムスンセミコンダクターと規模面で肩を並べるために、IFS事業を必要としている。
今のところ、インテルのIFS戦略については、答えよりも疑問の方が多い。同社はこれまで、世界各地で生産能力を増強する意向と、主に収益性の高い先進製造技術への関心を表明しているに過ぎない。一方、米国国防総省のような顧客と長期供給契約を結んでいる場合、インテルがどの程度の頻度で製造拠点をアップグレードできるのかは不明だ。
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。
