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» 2021年05月21日 05時00分 公開

第252回 IBMが2nmプロセスを発表、その先にIntelとの共同開発が見える?頭脳放談

IBMが「2nm」という極微細な半導体製造プロセス技術を発表した。現在の最先端プロセスは7nmなので、ロードマップ上の5nmと3nmを飛ばして2nmである。でも、この製造プロセスをIBMは、何に使うのか。その背景には、何かありそうだ。

[Massa POP Izumida,著]

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IBMの2nm製造プロセスによるデバイス IBMの2nm製造プロセスによるデバイス
写真は、IBMのプレスリリース「IBM Unveils World's First 2 Nanometer Chip Technology, Opening a New Frontier for Semiconductors」より。

 IBMが、「2nm」とする半導体プロセス技術を発表した(IBMのプレスリリース「IBM Unveils World's First 2 Nanometer Chip Technology, Opening a New Frontier for Semiconductors」)。現在量産されている主力である「7nm」プロセス製品と比べて、性能で45%、消費電力で75%も向上している、とするプロセスである。

 まず目がいってしまうのは、「2」という数字のインパクトだ。最先端のマイクロプロセッサ製品などで、「7nm」という数字が目に付く昨今、「5nm」でも「3nm」でもなく一気に「2nm」である。印象が強烈であるのは言うまでもない。

 半導体のプロセス技術、「何とかナノメートル」の「何とか」の部分は、はるか昔にはトランジスタのゲート長さに直接対応した数字だった。当然ながら、当時の単位はナノメータではなくマイクロメータの時代であったが……。

 しかしその後、集積度的にはメタル配線のピッチの方が重要だとか、コンタクトだとか、いろいろ勘案すべき長さの要素が増えていき、「どこの長さ」を数値として取り出すのだか、考え方の差も広がっていく。

 その上、トランジスタにせよ配線にせよ、3次元構造となり、どこの長さが一番クリティカルなのだか、非常に複雑で、分かりにくくなっていく。個人的には、その複雑な構造を一個の数字に代表させること自体に、そもそも無理があると思うのだが、「長さ」としての1個の数字に半導体プロセスを代表させるという慣習は廃れず今も続いている。

 頭脳放談「第232回 Intelの10nmプロセスの不思議、『10nm』はどこにある?」でも述べたが、実体のある何かの「長さ」から乖離(かいり)してしまって久しいのだ。また、会社によって呼び方に微妙な揺らぎがあるのも事実だと思う。とはいえ、業界内でのコンセンサス的なものがないわけではない。ファウンドリを注文する側、受ける側、製造装置を作る側、買う側、各社の異なる立場を考えても、ある程度の共通認識がないとビジネスにも支障がでるからだ。

製造プロセスのロードマップはどうなっている?

 そんな背景もあり、業界では昔から製造プロセスの「ロードマップ」というものを作成してきた。業界各社の寄り合いで、5年とか10年とかの将来展開の目安を決める、といった感じだ。予想は予想でしかない。

 各社ともロードマップに「先んじる」ことに血道をあげるから、時々の事実に基づいて修正し続けないとすぐに陳腐化してしまう。毎年改訂必須という感じだ。ロードマップの作成主体自体にも紆余(うよ)曲折がある。

 比較的新しい組織なのだが、IEEEのIRDS(International Roadmap for Devices and Systems)というところが、毎年ロードマップを発行している。その少し古い2017年版、4年前に予想されたものが手元にあったので眺めてみた。これによると、7nmの次は、5nm、3nmと刻んで、その次が2.1nmとなっている。

 先ほど述べた通り、そこに書かれている「ラベル」としての長さそのものはプロセス上のどこにも実体は存在しない。メタルなのかポリシリコンなのか、スペーサー(トランジスタ内部のゲートとソース/ドレイン・コンタクトの間の絶縁層)なのか、長さはいろいろとあるけれど、現物の長さはプロセスノードの「呼び」のナノメータ表現よりもだいぶ長いものだ。

 もちろん、製造会社によりトランジスタの形成方法など異なり一律に比較できないということもある。しかし、こうしたロードマップに書かれている各種数値を読み込んでいれば、だいたいこのくらいのレベルだったら2nmと言ってもいいよね、というコンセンサスは存在すると思う。

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