しかし、北京のシリコンフォトニクスへの注力は、ハイエンドチップ生産への裏口突破口となる可能性がある。
Scott Foster
Asia Times
November 4, 2024
台湾のTSMCは、1ナノメートルチップ開発競争が加速する中、インテルに次いで半導体業界で最も先進的なリソグラフィ装置を導入する2番目のチップ製造企業となる可能性が高い。
日経アジアの報道によると、世界をリードする集積回路（IC）の製造受託会社は、ASMLの新しい高NA極端紫外線（EUV）リソグラフィシステムを台湾の新竹にある研究開発センターに今年末までに導入する予定である。
業界筋が当初予想していた時期より約3ヶ月遅れとなるが、米国のインテルが昨年4月にオレゴン州の研究開発センターに最初の高NAリソグラフィシステムを導入し、8月に2台目を導入した時期と比べると、それほど大幅な遅れではない。
サムスン電子は2025年初頭に初の高NAシステムを導入する予定であると報じられている。オランダのASMLは、TSMCが7nm以下のプロセスノードでIC製造に使用するEUVリソグラフィシステムを独占している。
高NAリソグラフィシステムは、EXEシステムとも呼ばれ、EUV光を使用するが、新しい光学システムを採用することで開口数（NA）を0.33から0.55に増加させている。これにより、システムが印刷できる最小の寸法であるクリティカル・ディメンションが1.7分の1に縮小され、チップ上のトランジスタ密度が2.9倍に増加する。
ASMLの言葉を借りれば、「NAは、光学システムが光を集め、焦点を結ぶ能力の尺度」であり、「NAが高いほど、システムは優れた性能を発揮する」ということになる。
報道によると、TSMCは2028年以降に1.4nmノード（14A、Aはオングストローム）で、または2030年以降に1nm（10A）で、高NAリソグラフィの使用を開始することを目指している。2025年末までに導入予定の2nmプロセスでは、現在利用可能なEUVリソグラフィシステムを使用する。
おそらく、それは妥当な判断だろう。なぜなら、商業生産において高NA EUVを効率的に使用するために必要な開発と評価作業には長い時間がかかるからだ。
また、この技術は非常に高価であり、1システムあたり少なくとも3億5000万ドル、標準的なEUV装置の2倍の価格になると報告されている。おそらく、この数字は需要の増加に伴い下がっていくことだろう。
TSMCは、技術アップグレードのロードマップに高NA EUVを統合している一方で、IntelはCEOのパット・ゲルシンガー氏の積極的なキャッチアップ戦略の一環としてEUVを採用しているが、これまでのところ、歩留まりの悪さ、リストラ費用、多額の赤字、そして3nmまでのTSMCへのアウトソーシングに悩まされている。
インテルの株価は今年に入ってから50%以上下落しているが、TSMCの株価は70%以上上昇している。
インテルは、「高NA EUVツールは、先進的なチップ開発と次世代プロセッサの製造において重要な役割を果たす」と予測している。高NA EUVの業界初の導入者であるインテル・ファウンドリーは、チップ製造においてかつてないほどの精度と拡張性を提供することが可能となり、AIやその他の新技術の進歩を推進する上で不可欠な最も革新的な機能と性能を備えたチップの開発が可能になる。
つまり、計画通りに進めば、ということだ。具体的には、「インテルは、0.33NA EUVと0.55NA EUVの両方を、他のリソグラフィプロセスと併用して、先進的なチップの開発と製造に活用することを期待している。2025年のIntel 18Aでの製品実証を皮切りに、Intel 14Aの製造まで継続する。インテルのアプローチは、コストとパフォーマンスを最適化する先進的なプロセス技術である。
おそらく、そしてインテルの再編計画は、大方の見方では進展しているが、そのスケジュールには「またはそれ以降」という文言が付け加えられるべきだろう。
少なくとも現時点では、中国にとってこれは競争の土俵に立てない分野である。米国の制裁によりEUVシステムの購入が禁止されているため、中国が入手可能な前世代のArF（フッ化アルゴン）液浸Deep Ultra-Violet（DUV）システムでは、5nmが限界である。
最近の報告によると、上海微電子設備有限公司（SMEE）が製造する中国製リソグラフィ装置は65nmまでは商業的に実現可能であるが、28nmプロセスノードでICを製造できるArF液浸システムの開発は当初の予定よりも時間がかかっているという。
これと比較すると、ASMLは最初のEUVシステムの出荷から量産機の出荷まで6年を要し、最初のNAの高いEUVリソグラフィシステムの出荷までに10年間の研究開発を要した。
米国の制裁措置がなければ、中国はリソグラフィ装置を独自開発しなかった可能性もある。サムスン電子とSKハイニックスという世界有数のメモリICメーカーを擁する韓国は、リソグラフィ装置を独自開発していない。ASML社と競争できない日本のニコンはEUVシステムを作っていない。キヤノンは試みさえしていない。
制裁措置はまた、EUVリソグラフィを使用せずに大量のデータを処理・伝送するために、シリコンベースの集積回路と光学部品を組み合わせた技術であるシリコンフォトニクスの開発を中国に促すことにもなった。
Nvidia、AMD、Intel、TSMC、IBM、Cisco Systems、NTT、Huawei、その他の中国企業や研究所を含む、IC、AIシステム、通信機器の設計者やメーカーは、長年にわたりこの技術に取り組んできた。
そして今年、シリコンフォトニクスはついに米下院の「米中間の戦略的競争に関する特別委員会」の注目を集めることとなった。
10月27日、同委員会のジョン・ムーレナール委員長（共和党、ミズーリ州選出）とラジャ・クリシュナモールティ筆頭理事（民主党、イリノイ州選出）は、ジナ・ライモンド商務長官に書簡を送り、フォトニクス技術によって中国が米国を半導体分野で追い越す可能性があると警告し、それを防ぐための措置を取るよう求めた。
「Controlling Light: Is Silicon Photonics an Emerging Front in US-China Tech Competition?」の著者であるマシュー・レイノルズの言葉を引用し、同議員らは次のように書いている。
シリコンフォトニクス技術は、半導体エレクトロニクスと組み合わせることで、『従来の電子チップの物理的限界を超える、より高い帯域幅とエネルギー効率を備えた大規模なコンピューティングシステム』を構築できる。
一部の専門家は、光チップは既存の電子チップ設計と比較して、計算速度を1000倍向上させることができると信じている。
シリコンフォトニクスは、半導体業界を一変させ、米国と中国間の技術競争における戦線を再定義する可能性を秘めており、2022年10月7日の輸出管理規則を無意味なものとし、将来の半導体サプライチェーンにおける重要なボトルネックを生み出すことになる。
米国政府は、シリコンフォトニクスなどの重要技術や新興技術における米国のリーダーシップを継続的に確保するために、米国の投資やノウハウが敵対国を支援したり、国内のイノベーションを強化したりすることを防ぐ手段を検討すべきである。
委員会は、光通信技術が中国の第14次5ヵ年計画（2021～2025年）に国家研究所を設立すべき技術として挙げられていること、また、中国共産党総書記の習近平が「我が国が他国に先んじて飛躍的な進歩を遂げる条件を備えたハイテク産業」と述べていることを指摘し、その宿題をこなしている。
中国企業や研究機関は、シリコンフォトニクスに数十億ドルを投資している。さらに、米国の制裁に反して、「南京電子デバイス研究所の研究者は、フォトニクスが軍事的に大きな可能性を持つ破壊的技術であると判断した。ファーウェイと南京電子デバイス研究所は、いずれも無許可の軍事転用を想定した拒否ライセンス政策の対象として、エンティティリストに記載されている」
シリコンフォトニクスの画期的な進歩により、NvidiaやAMD、その他の欧米の競合企業が享受しているTSMCの高NA EUVリソグラフィサービスへのアクセスがなくても、中国はAIで競争力を維持できる可能性がある。いずれにしても、米国政府は再び技術的に遅れを取っているようだ。
