ファーウェイの14nm EDAプラットフォームは米国の制裁を克服し、NvidiaのcuLithoはコンピューテーショナル・リソグラフィの次のフロンティアを示す。
Scott Foster
Asia Times
2023年3月31日
ファーウェイと中国の電子設計自動化（EDA）企業が、14ナノメートル（nm）の小さな特徴を持つ半導体を製造するための集積回路（IC）設計自動化プラットフォームを開発したと報告された。
中国メディアの報道によると、この技術の評価とテストは今年中に完了するはずだという。
テストと評価が成功すれば、中国は、米国政府による半導体産業への制裁を克服するための大きな一歩を踏み出すことになる。
14nmは、中国最大の半導体ファウンドリーを運営するSMICが使用する最先端のプロセスノードである。新しいEDAツールは、中国が産業、自動車、消費者向けアプリケーションで必要とするチップのほとんどをカバーするはずである。
新しいEDAツールは、もし報告されているように実現可能であれば、EDA業界のリーダーであるシノプシス、ケイデンス・デザイン・システムズ、シーメンスEDA（旧メンター・グラフィックス）にとって頭痛の種になるかもしれない。
この規制は、現在、同社の最先端技術、すなわち3nmから始まるゲート・オール・アラウンド・トランジスタの設計に使用されるソフトウェアにのみ適用されているが、ワシントンにおける中国に対する敵対的な態度がますます強まる中、なぜ中国がチャンスを逃す必要があるのか？また、なぜ中国が独自のEDAツールを開発し、それを最大限に活用しないのだろうか。
ケイデンスとシノプシスは最近、中国での売上が15％程度になった。両社の総売上は2桁の高率で伸びている。しかし、シノプシスの投資家向けの今期のガイダンスでは、米国政府の輸出規制がこれ以上変化しないことを前提としている一方、ケイデンスは地理的な収益構成が大きく変化する可能性を指摘している。
メンター・グラフィックスは、シーメンスに買収された後、2017年に上場廃止となった。現在は同社のデジタル・インダストリ部門の一部となっているシーメンスEDAは、主要な競合2社と肩を並べる成長を遂げている。この3社を合わせると、世界のEDA業界の売上の約75％を占めている。
EDAに取り組む中国企業には、ファーウェイのほか、Empyrean Technology、X-Epic、Cellixsoft、Xpedicなどがある。アナログ・ミックスドシグナルIC、SoC（システムオンチップ）、FPD（フラットパネルディスプレイ）の設計ソリューションを提供するEmpyreanが最も進んでいるが、他の企業も見過ごすことはできない。
デジタイムズの報道によると、サムスン・ファンドリと提携しているEDA企業23社のうち8社が中国企業であり、彼らはその技術と競争力のある価格設定によってその地位を獲得している。中国が市場シェアを奪うために価格を引き下げるというアメリカの懸念は、制裁のためにおそらくそうなるよりも早く、現実のものとなりつつある。
中国のEDA産業が次に目指すのは、現在のリソグラフィ能力の限界である7nmである。中国へのEUVリソグラフィ装置の輸出は禁止されており、DUV装置の輸出も今後数カ月以内に制限される可能性があるため、より小さなノードへの参入障壁は急上昇する。
同時に、半導体設計と関連するリソグラフィー技術も最先端で急速に進歩している。昨年10月、台湾のハイテク調査機関トレンドフォースは、現在のトレンドが続けば、と記している、
「...中国が10nm以上のプロセスで半導体の自律化を実現することは難しくないだろう」とし
「SoC、クラウドコンピューティングチップ、GPUの開発に力を入れる中国国内のIC設計者は、製品のアップグレードの反復ニーズに対応するため、より高度な製造プロセスへの移行を運命づけられており、今後2～4年の間に4nm製造プロセスへの移行が予想される。」
しかし、米国のEDAソフトウェアに対する規制の影響は、「2025年に徐々に現れ、一部の中国国内IC設計者の開発スケジュールを遅らせるだけでなく、開発停滞を引き起こすことさえあると予想される」という。
ファーウェイの14nm EDAプラットフォームの発表により、この予測は次の戦いの場をまっすぐに指し示している。
グラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）の設計で世界をリードするNvidiaは、3月21日、計算機半導体リソグラフィに加速コンピューティングを導入する新しいソフトウェアライブラリ「cuLitho」を発表しました。
CuLithoは、現在のソリューションの数分の一の電力で、フォトマスクの製造を3～5倍高速化することができる。これにより、チップメーカーが2nm以下に移行する際に、より優れたデザインルール、高密度化、高歩留まりを実現できるはずである。
本技術は、シノプシス（世界最大のEDA企業）、ASML（EUV露光装置の独占メーカー）、TSMC（世界最大のICファウンドリ）との共同開発により、4年間かけて開発された。TSMCは、6月から生産に向けた認定を行う予定である。
CuLithoの可能性については、3月21日に開催されたNvidiaのGPU Technology Conferenceにおけるジェンセン・ホアンCEOの基調講演（22分33秒～）をご覧ください。
ソフトウェア・ライブラリとは、Techopediaが定義するように、ソフトウェア・プログラムやアプリケーションを開発するために使用されるデータとプログラミング・コードのスイートである。フォトリソグラフィーは、シリコンウェハー上にICデザインを作成するプロセスである。フォトマスクは、設計のテンプレートだ。
ASMLは、コンピュテーショナルリソグラフィーを次のように説明している：
「リソグラフィーでは、光の回折や感光層（ウェーハ上）の物理的・化学的効果によって、機械が印刷しようとする画像が変形します（水彩画のような広い筆で細い線を描こうとすると、多くの場所でにじんでしまうのと同じだと考えてください）。」
「コンピューテーショナル・リソグラフィーは、製造プロセスのアルゴリズム・モデルを使用し、当社のマシンやテストウェハーから得た重要なデータで校正することで、スキャナ（リソグラフィー・マシン）、マスク、プロセスを最適化し、デバイスの製造可能性と収率を向上させます。」
「コンピュテーショナル・リソグラフィーがなければ、チップメーカーが最新のテクノロジーノードを製造することは不可能です。」
cuLithoの開発・応用に携わるトップエグゼクティブは、この技術について次のように語っている：
Nvidia社 CEO ジェンセン・ホアン氏：「リソグラフィが物理学の限界にある中、NVIDIAがcuLithoを導入し、パートナーであるTSMC、ASML、Synopsysと協力することで、ファブはスループットの向上、二酸化炭素排出量の削減、2nm以降への基盤作りを行うことができます。」
TSMC社CEO Dr C C Wei氏：「cuLithoチームは、高価な演算をGPUに移行することで、コンピュテーショナル・リソグラフィーの高速化に見事な進歩を遂げました。この開発により、TSMCは逆リソグラフィー技術やディープラーニングなどのリソグラフィーソリューションをチップ製造により広く展開し、半導体のスケーリングの継続に重要な貢献をする新しい可能性を開くことができました。」
ASMLのCEOであるPeter Wennink氏：「私たちは、GPUのサポートを当社のすべての計算リソグラフィソフトウェア製品に統合することを計画しています。GPUとcuLithoに関するNVIDIAとのコラボレーションは、コンピュテーショナルリソグラフィー、ひいては半導体のスケーリングに多大な利益をもたらすはずです。これは、高NAの極端紫外線リソグラフィーの時代において特に顕著になるでしょう。」
シノプシス社CEO Aart de Geus氏：「コンピューテーショナル・リソグラフィー、特に光学近接補正（OPC）は、最先端チップの計算ワークロードの限界を押し広げています。パートナーであるNVIDIAと協業し、cuLithoプラットフォーム上でシノプシスOPCソフトウェアを実行することで、数週間から数日へと性能を大幅に加速させることができました！」
光学的近接補正は、フォトリソグラフィーの精度を向上させるために、光の回折やプロセス効果によって生じる誤差を補正するものである。ASMLの高NA EUVリソグラフィ装置は、2025年に大量生産される予定だ。
中国がすぐにこの技術に追いつくことはないだろうが、挑戦する意欲は湧くだろう。
