週刊 エレクトロニクスニュース 2/7/2022

SiC MOSFETの効率を向上させるS-MOSセル技術
パワーMOSデバイスに適したSingular Point Source MOS（S-MOS）セルコンセプトをスタートアップ企業mqSemiが発表した。S-MOSコンセプトは、Silvaco Victory Process and Device Softwareを用いた3D-TCADシミュレーションにより、1200VのSiC MOSFET構造に適用・実装される。
パワーMOSFETや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）などのシリコンベースのパワーデバイスの性能は、MOSセルプロセスや設計プラットフォームを使用して長年にわたって大幅に向上してきた。これらのデバイスはいずれも、プレーナー型またはトレンチ型のMOSセルをベースに、セルラー型またはリニア型のレイアウト設計で配置されている。
シリコンベースのMOSデバイスで達成された成果は、高いセル充填密度が不可欠なSiCパワーMOSFETの開発にも活用することができる。デバイスのスタティック特性やダイナミック特性を向上させるために、ここ数年、先進的な3次元設計コンセプトが提案されている。これらの3次元構造は、低電圧FinFETのセル構造に類似しており、セル密度を高め、オン抵抗RDS(ON)を低減するために、多次元のチャネル幅を配置したものである。
パワーデバイス材料としてSiCを採用するメリットの一つは、よく知られたシリコンのデバイス原理や加工方法を多く利用できることである。縦型ショットキーダイオードや縦型パワーMOSFET（代替トポロジーとしてJFETやBJTを経由した一定の転用後）などの基本的なデバイス設計はそのひとつである。そのため、シリコンデバイスの長期安定性を確保するためのプロセスの多くが、SiCにも適用できる可能性がある。しかし、SiCを用いたデバイスは、その材料特性や欠陥、バンドギャップの大きさ、高い電界（特に接合部終端領域）、より高い温度やスイッチング周波数での動作など、Siを用いたデバイスとは異なる信頼性テストが必要であることが、より詳細な検討によって明らかになった。
この3次元構造の流れに沿うのが、mqSemiが開発したSingular Point Source MOSセルコンセプト（通称S-MOS）である。mqSemiは、Munaf Rahimo氏とIulian Nistor氏によって設立され、スイスに本社を置き、e-mobility、自動車、再生可能エネルギーなどのアプリケーションに向けた次世代パワーエレクトロニクス・システムの先進パワー半導体コンセプトを開発している。過去 2 年間に 20 件以上の特許を申請した mqSemi は、多くのシミュレーションを行い、現在はプロトタイピングの段階まで進んでいる。mqSemi のチームが IGBT で得た長年の経験と知識は、炭化ケイ素 MOSFET の低損失化、強固な短絡モード、ブロッキング動作、ゲート駆動制御、 高周波発振などの重要な課題解決に大いに役立っている。
mqSemiのRahimo氏とNistor氏は、「持続可能な世界のためには、効率的でコンパクト、信頼性が高く、コスト効 率の良いパワー半導体デバイスに基づく、技術先進的でイノベーション中心のアプリケーションが必要である」と考えている。
S-MOSの利点は2つある。1つは、チャネル面積として知られるチャネル幅を独自の方法で慎重に定義すること、もう1つはMOSセルの高密度な充填を可能にすることである。さらに、S-MOSはMOSFETとIGBTの両方に搭載することができ、スイッチング性能の向上と高効率化、低損失化を実現することができる。

Xilinx との取引完了を見据え、AMDは過去最高の第4四半期収益を計上
サプライチェーンの混乱が続いているにもかかわらず、多くのテクノロジー企業が健全な四半期収益を報告しており、AMDもその一社である。AMDは今週、第4四半期の売上高が年間49％増の48億ドルに達し、アナリスト予想の45億3,000万ドルを上回ったと発表した。AMDはまた、前年同期比で5％以上増加した50％の粗利益率を報告し、またもや過去最高を記録した。
未知数なのは、AMDや他のハイテク企業が、収まる気配がないサプライチェーンの混乱を乗り切れるかどうかという点である。また、AMDは、FPGA専門企業Xilinxの買収を今期中に完了させる予定であるとも述べている。
週半ばまでに、AMD株（NASDAQ: AMD）は、2020年から68％増の年間収益合計164億ドルを含む決算報告を受けて、時間外取引で11％上昇した。CEOであるLisa Su氏は、AMDの好業績について、クラウドやその他の企業顧客向けのEPYCプロセッサーの採用が増加するなど、データセンター市場が活況を呈しているためと述べている。
全体として、AMDのデータセンター部門は総収入の20％以上を占めている。Su氏は、AMDの次世代PC、ゲーム、データセンター製品に対する顧客の需要に基づき、2022年まで継続的な成長が見込まれると述べている。同社は今年のConsumer Electronic ShowでデスクトップGPU「RDNA 2」を発表した。また、Ryzen 6000シリーズ・モバイル・プロセッサーの発売計画を明らかにし、新しいZen 3+プロセッサー・コアが電力効率とバッテリー寿命を向上させたとアピールしている。
AMDは、第1四半期の売上高を約50億ドルと見込んでおり、これは年間ベースで45％増となる見込みだという。また、年間売上高は215億ドルと、2021年から31％増加し、ウォール街の予想193億ドルを上回ると予測している。
一部のアナリストは、サプライチェーンの混乱が今後も続くと予測していることから、AMDが楽観的なガイダンスを達成できるかどうかを懸念している7。Su氏は、AMDが長期的なサプライチェーンのキャパシティに10億ドルを投資することで、利益目標を達成できると反論した。
Su氏は、「当社は、製品面での成長と顧客からの視認性を考慮し、過去4～5四半期にわたってサプライチェーンに取り組んできた」とし、「ウエハーの生産能力、基板の生産能力、後工程の生産能力に対して、大きな投資を行ってきた。2022年のガイダンスを達成するために、サプライチェーンの進捗は非常に順調であり、我々の目標は、率直に言って、世の中の需要を満たすのに十分な供給を確保することである」と述べた。
AMDのXilinx買収については、FPGAの専門家がAMDの製品ポートフォリオをどのように補完し、産業、自動車、5G無線などの他の市場に手を広げていくのか、観測筋は疑問視している。
中国の国家市場監督管理局は1月27日、AMDのXilinx買収を承認した。この取引は、まだ米国連邦取引委員会の承認を得る必要があり、AMDは2022年の第1四半期中に取引を完了する予定である。

下院法案ではCHIPS法に資金援助、研究開発を重視
米国半導体製造の復活および技術supply chainの強化を目指す取り組みが、広範な技術R&Dに投資しながら米国製チップの急増生産に資金を提供するcatch-all法案を導入して進展している。
下院に提出されたAmerica COMPETES Act of 2022は、上院で以前に承認され、直近の国防認可法案に含まれる520億ドルの資金を充当するものである。チップ製造とともに、下院の法案は、再生可能エネルギーやサイバーセキュリティからAIや量子コンピューティングに至る分野の研究資金も増強している。
下院のNancy Pelosi議長は、法案を下院の審議に移すにあたり、「下院の法案は、CHIPSへの投資を超強化し、国内の製造を進め、サプライチェーンを強化し、研究能力を変革し、海外での競争力とリーダーシップを高める」と強調した。
CHIPS法に資金を提供する一方で、下院法案は上院法案と異なり、技術の研究開発、米国の研究インフラの活性化、STEMプログラム、労働力開発により重点を置いている。上院法案に対する批判は、ムーア法以降のチップ技術の変革のような分野に焦点を当てるのではなく、中国の半導体製造イニシアティブを複製しようとするものであるとするものであった。
このため、バイデン政権と半導体業界は、この行き詰まりを打破するためにロビー活動を展開した。また、IntelのCEOであるPat Gelsinger氏は先週、オハイオ州での200億ドルの工場投資を発表しながら、米国チップ法の成立を再び強く訴えた。
下院の法案が提出された同日、商務省は2021年のチップ在庫減少が5日未満であるなど「半導体不足の深刻さ」を確認するデータを発表した。9月に開始され、今週発表されたチップサプライチェーン調査によると、IC需要は2019年から昨年末にかけて17%急増し、ファウンドリは90%以上の稼働率で運営されていることが判明。それでも、自動車、消費者、医療機器メーカーによるチップ需要の急増は満たされていない。

チップサプライチェーンデータをどう解釈するか
米国商務省が1月25日に発表したプレスリリースには、こう宣言されている。
“商務省の半導体データから、米国議会のイノベーションと競争に関する法律の成立が急務であることを確認”

政府のデータのほとんどは、技術サプライチェーンの混乱が続いていることを確認するもので、半導体はその代表的な指標である。業界の調査では、パンデミックに起因するチップの需要が2019年から17%上昇したため、ファブがフル稼働していることが分かった。
需給のアンバランスは、メーカーの在庫にも反映されている。半導体サプライチェーンレポートでは、米国の自動車メーカーと家電メーカーの在庫中央値が、2019年の40日から5日未満に縮小していることも明らかにされている。
「特定された主なボトルネックは、ファブの追加能力の必要性である。―さらに、企業は材料と組立、テスト、パッケージング能力をボトルネックとして認識している」、と調査は結論付けている。
これは確かなデータであり、サプライチェーンの混乱が経済に直接影響を与えることを強調している。しかし、この調査結果だけでは、Gina Raimondo商務長官が主張したように、国内半導体生産を加速させるために520億ドルを議会が直ちに承認する必要性を確認することはできない。
Raimondo商務長官のサプライチェーンデータに対する解釈は、商務長官がよく行う業界応援演説の典型であり、事実の表明である。それが彼らの仕事なのだ。
現実には、国内半導体製造の復活を目指す米国の法案の最終的な骨子は、今後行われる上下両院の会議で、馬の耳に念仏のようなやりとりが行われる中で決定される。その緊迫した交渉の中で、産業界寄りの上院法案と、半導体の研究開発と人材育成を重視し、持続可能なエネルギー生産と気候変動といった主要課題に取り組む下院法案との根本的な相違が調整されることになる。
商務省のデータ公開は、1月21日のIntelのオハイオ工場発表と先週の下院でのチップ法案提出のタイミングに合わせたものだろう。
Raimondo商務長官は、半導体サプライチェーンを “fragile “と正しく表現している。しかし、”surge “チップ生産のための資金として520億ドルを含むチップ法案を迅速に可決することが脆弱なサプライチェーンに必要だという結論に達することは、信憑性に欠ける。
米国の半導体製造を復活させるために、連邦政府が大規模な資金を投入する機運は避けられないようだ。IntelやSamsung、TSMCが発表した民間部門の大規模な投資は呼び水となったようである。いずれも連邦政府からの補助金が期待されている。
しかし、Tirias Researchの業界アナリストJim McGregor氏は、半導体工場の建設が直ちに生産に結びつくとは限らない、と指摘する。
このことは、技術のサプライ・チェーンが解けたときに、工場が過剰生産になるのではないかという問題を提起している。実際、他のアナリストはチップ不況を予見している。
パンデミックは、経済を揺るがす変化をもたらしており、それがチップ業界の好不況サイクルの崩壊を含むかどうかは、まだわからない。
はっきりしているのは、将来のサプライチェーンの混乱に対するヘッジとして、国内の製造業を復活させる必要があるということである。議会は、何らかの形でCHIPS法への資金提供を承認する可能性が高いと思われる。課題は、最先端の技術に投資する一方で、米国の製造力を再建し、最終的には米国の経済競争力を高めることである。

量子コンピュータの技術評価
量子ビットは、0か1か、あるいは0と1が同時に存在するという量子物理学のユニークな性質を利用することで、この10年間、量子コンピュータの開発は着実に進んでいる。
現在、複数の企業が Amazon Web Services、Google Cloud、Microsoft Azure などのクラウドプラットフォームを通じて、量子アプリケーションをサービスとして提供している。
開発は、既存企業やスタートアップ企業が中心となって行っている。量子コンピューティングについては、以前のコラムで紹介したが、ここでは、その概要と量子技術の現状を展望する。
量子コンピュータの導入には複数の技術が必要であり、実用化の時期を予測することは困難である。開発が加速する一方で、量子コンピュータの実用化にはまだ10年以上かかるとの見方も多い。

アナログとクビットゲートの比較：
物理的量子ビットは、基本的な構成要素である。量子コンピュータには、大きく分けてアナログ方式とゲート方式がある。
物理的量子ビットには、自然界に存在する粒子と人工的な構造物があり、前者には、原子、トラップされたイオン、光子などがある。このうち、トラップイオンとフォトンは、この分野の代表的な技術である。
人工的な物理量子ビットは、自然界に存在する粒子を模擬したもので、量子ゲートと呼ばれる。量子ゲートは、従来のコンピュータの論理ゲートと同様である。
量子ビットを用いた量子コンピュータの設計では、量子特性を操作する技術や、複数の量子ビットを互いに絡ませる技術が開発されている。これらの操作は、レーザー、マイクロ波、電場、磁場などを用いて行われる。

量子への挑戦：
着実な進歩により、数千量子ビットの量子マシンが実現し、2030年以降には100万量子ビットに近づくと予想されている。また、このような進歩により、クラウドサービス事業者、学術機関、企業による導入が大幅に拡大することが予想される。

量子力学の応用：
現在のアプリケーションは、主にGAOの評価から引用して次の表にまとめたように、いくつかのセグメントに分類される傾向にある。
もつれや重ね合わせの特性は、従来はスーパーコンピュータでも実行に時間がかかっていた量子アプリケーションに独自の機会をもたらしている。
今後10年間、量子力学の進歩に伴い、その応用範囲は拡大すると予想される。また、量子コンピュータを利用した新たなアプリケーションの出現により、ユーザーは量子コンピュータの新しい使い方を発見することができるだろう。

量子ビットは何個？：
従来のコンピュータと比較して大幅な改善をもたらすために必要な物理的な量子ビットの数は、アプリケーションによって異なる。
IBMの最近の量子に関する発表では、量子スケーリングの一端を垣間見ることができる。同社の量子プロセッサーEagleは、2020年にリリースされるHummingbirdマシンの65個から、現在127個の量子ビットを搭載しています。IBMの量子ビットロードマップは以下の通り。

2022年 – 433量子ビットのOspreyプロセッサー
2023年 1,121量子ビットプロセッサ

結論：
量子コンピュータ技術は過去5年間で進歩し、今後5年間でさらに進歩することが予想される。金融データベース「PitchBook」によると、2021年のベンチャー資金調達額は10億ドルを大きく超え、過去3年間の合計額を上回るなど、飛躍的に増加した。
Quantumは主に現在のコンピュータを補強するものであり、現在のマシンに取って代わることはほとんどない。新しい量子技術は急速に進歩し、革新的なアプリケーションが開発されるだろう。数年後には技術展開が加速され、古典コンピュータと量子コンピュータのハイブリッドシステムが登場する。
化学シミュレーションは、量子コンピュータが最もインパクトを与えるアプリケーションになるかもしれない。これには、創薬から電池技術の進歩に至るまで、さまざまなアプリケーションが含まれる。

AMD によるXilinx買収でIntelとの競争が激化
AMDが350億ドル相当の全株式取引でXilinxを買収したことで、2位のCPUメーカーがIntelとの競争が激化している。
Intelは2015年にXilinxの競合であるAlteraを167億ドルで買収。XilinxとAlteraは、世界最大のフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）メーカーである。台湾の半導体製造会社Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC）は、高度なプロセス技術で作られたチップをXilinxとAlteraの両社に供給している。
AMDは、Xilinxとの統合により、業界をリードするハイパフォーマンス・コンピューティング企業が誕生し、Xilinxがリーダーとして確立している成長市場において製品提供と顧客を拡大することができると述べている。
AMDによると、この買収により、製品ポートフォリオと顧客が補完し合うことになるとのこと。Nvidiaが400億ドルで計画していたARMの買収が頓挫しそうなのと同時に、チップ業界では近年最大規模の買収となる。
業界ウォッチャーであるIC Insightsによると、昨年のチップ買収は主に、産業用IoT、ロボット工学、自動運転車、運転支援オートメーションでの存在感を高めようとする企業によって推進されたとのことである。
AMDは、クラウド、エッジ、エンドデバイス向けのCPU、GPU、FPGA、アダプティブSoCを組み合わせ、高性能プロセッサ技術で業界最強クラスのポートフォリオを提供することになる。統合会社は、データセンターからゲーム、PC、通信、自動車、産業、航空宇宙、防衛までの成長セグメントを目指す。
この契約により、Xilinxの株主は、取引完了時に保有するXilinxの普通株式 1 株に対して、AMD の普通株式 1.7234 株の固定交換比率を受け取ることになる。取引完了後、AMD の株主は完全希薄化ベースで統合会社の約 74% を所有し、Xilinxの株主は約 26% を所有することになる。
AMD は、取引完了後 18 ヶ月以内に、主に売上原価と共有リソースの改善により、約 3 億ドルの経営効率化を達成する見込みである。
この取引は、AMDとXilinxの取締役会により満場一致で承認されたが、AMDとXilinxの株主による承認、規制当局の監督、その他の慣習的な完了条件に従う必要がある。2021 年末に予定されている取引完了まで、両社は引き続き独立した企業として存続する。

技術大手がサプライチェーンの混乱継続を示唆
AppleやSamsung、Intel といった技術大手は先週、過去最高の売上高を記録した。一方、Lam Researchなどの企業は、予想を下回る数字と売上高の減少を報告している。しかし、これらの企業が1つだけ同意できることがあるとすれば、それはサプライチェーンの混乱が今後も続くということである。
木曜日、Samsungは第4四半期の売上高が76兆6000億ウォン（634億ドル）となり、過去最高を記録した。同社は、プレミアムスマートフォン、スマートテレビ、家電製品の販売拡大が一因であり、メモリ価格の下落により粗利率は減少したという。
Samsungの経営陣は決算説明会で、2022年の事業見通しについて、世界のIT需要の回復を見込み、メモリー、部品事業、最終製品事業など複数の分野で成長を見込んでいることを明らかにした。ただし、幹部は部品不足が2022年まで続く可能性があることを認めた。
Samsungの半導体事業担当上級副社長であるJin-Man Han氏は、第4四半期のメモリ需要単体サーバーの業績は、全体としては増収となったものの、グローバルサプライチェーンの問題が続いたこと、ASPが若干上昇したこと、単発の特別奨励金が支払われたことにより第3四半期と比較して低下したと述べている。また、DRAM事業ではCOVID-19関連の影響、クライアントSSDでは部品不足によるセット組立ての混乱で需要が停滞しているとのこと。
Appleも木曜日に第1四半期の売上高が1239億ドルと過去最高を記録し、前年同期比11%増となった。アナリストの予測では、Appleの第1四半期の収益は1,185億ドルに達し、iPhoneとMacの収益がともに1桁台半ばの伸びを予想していたが、Appleはこれらの分野でそれぞれ9％と25％の伸びを記録し、これを上回った。
同社は、パンデミックによる供給制約が顕著であるとして、iPad製品カテゴリーの成長期待達成に苦戦した。iPadの売上高は前年同期比14％減の72.5億ドルで、会社予想の81.8億ドルには及ばなかった。
しかし、Appleのサプライチェーンの課題に関する来年度の見通しは、Samsungと比較して楽観的であるように思われる。最高財務責任者（CFO）であるLuca Maestri氏は、同社は依然として大幅な供給不足を見込んでいるものの、3月期には不足の深刻さが軽減されると予測していると述べている。
オブザーバーは、Appleの将来をそれほど楽観視しておらず、Stone Fox Captial Advisorsのアナリストは、Appleは現在28倍のEPS目標値で株価が設定されているにもかかわらず、横ばい成長に向かっていると警告している。
Intelの第4四半期決算報告も、アナリストの予想と会社のガイダンスを上回り、205億ドル（ガイダンスを13億ドル、アナリスト予想を176億2000万ドル上回った）を計上した。しかし、FactSetによると、同社の最も収益性の高い事業部門であるクライアントコンピューティンググループは、前年同期比7%減となった。IntelのCEOであるPat Gelsinger氏は、このビジネスの落ち込みは供給不足が一因であると述べたが、それ以外は、顧客やPCメーカーが四半期ごとに売上をシフトさせているため、心配する必要はないと主張している。

Samsungの ゲート・オール・アラウンド（GAA）プロセスを採用したチップ
Samsung Electronicsは、ゲート・オール・アラウンド（GAA）プロセスを採用したチップの世界初の商業生産を今年下半期に開始する予定であると発表した。この新しいプロセスは、Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.が5-nmノードで使用している現在のFinFET技術よりもトランジスタ密度の点で有利になる可能性が高い。TSMCが取り仕切っている5nmノードで使用されている現在のFinFET技術よりも、トランジスタ密度の点で優位に立つと考えられる。
Samsungのファウンドリ市場戦略チーム長であるMoonsoo Kang氏は、四半期業績に関する電話会議で、「当社は今年前半に第1世代GAAプロセス3GAEを量産に向けて認定を完了する予定だ」と述べており、第2世代GAAプロセスである3GAPの開発も予定通り進めていくという。
3GAEと3GAPという呼称は、開発中の新しいGAAプロセスの第1世代と第2世代に対するSamsungの呼称である。
GAAトランジスタは、微細化に対応するため、ゲートコンタクトを周囲の半導体チャネルに接続し、かつ全方向からコンタクトする構造となっている。GAAとFinFETの両技術は、3Dチップの製造に使用され、従来のプレーナー製造プロセスよりもトランジスタ密度を向上させることができる。
TSMCは、既存のFinFETトランジスタ構造を使って、2022年後半に3nmチップをロールアウトする予定。既存のEDAツールや知的財産がFinFETプロセスに対応しているため、より安全な賭けとなる。
Samsungは昨年、チップファウンドリのライバルであるTSMCに対する優位性を確保しつつ、GAA技術を強化するための取り組みに過去最高額の投資を行った。ファウンドリ事業は数十年にわたり、半導体分野の成長を上回ってきた。
Samsungの2021年の設備投資額は合計48兆2000億韓国ウォン（398億ドル）で、半導体事業に43兆6000億ウォン、フラットパネルディスプレイに2兆6000億ウォンが投資される。これは、同社の昨年のチップ設備投資額をおよそ360億ドルとし、TSMCが昨年拡張のために費やした300億ドルをしのぐ。
Samsungは、チップから携帯電話まであらゆるものを作っている。
同社は設備投資のうち、ファウンドリ部門とメモリー部門に割り当てられた部分を区分していない。同社はまた、2022年の支出額の見通しを示すことを拒否した。ファウンドリー事業のみに注力するTSMCは今月初め、2022年の設備投資額が440億ドルに上る可能性があると述べた。
両社とも、先端ノードでの競争の要として、ASMLから極端紫外線（EUV）露光装置を購入している。TSMCとSamsungは、高性能コンピューティングと5Gアプリケーションが需要を牽引していると述べている。
ファウンドリサービスについては、Samsungの昨年の投資は、韓国のPyeongtaekにあるfabでEUVツールを使った5-nmプロセス技術に集中している。
サプライチェーンの問題やパンデミックなどの不確実性はあるもののSamsungはサーバーやPCの需要回復を支えるため、先端ノードでのメモリーチップの販売拡大を目指しているという。同社は、先端ノードでの生産増加により、ファウンドリ事業が今年の半導体業界の成長を上回ると予想している。
TSMCは今月、売上高が20％以上増加し、業界全体の成長を上回る見込みであるとも述べている。
業界ウォッチャーであるIC Insightsは、今年のチップ市場は11%上昇し、2021年の26%の飛躍と2020年の13%のホップから減速すると予測している。この予測に基づくと、2021年に5,098億ドルを突破した後、2022年の世界チップ売上高は過去最高の5,651億ドルに上昇することになる。