史上最悪レベルの半導体不況に回復の兆し、生成AIという新たな“けん引役”も：湯之上隆のナノフォーカス（65）（5/5 ページ）

[湯之上隆（微細加工研究所），EE Times Japan]

GPU製造のボトルネック

　半導体は、設計、前工程、後工程の3段階でつくられる。GPUにおいては、NVIDIAが設計し、TSMCが「H100」の場合は「N4」プロセスで前工程を行い、さらに後工程もTSMCがNVIDIAのGPU用に開発したCoWoS（Chip on Wafer on Substrate）でパッケージングする（図13）。

図13　NVIDIAのGPUの製造に関するボトルネック［クリックで拡大］

　まず、N4の前工程が問題である。「H100」は12インチウエハーから65個程度しか取得できない。そして、チップサイズと歩留りは反比例するため、もしかしたら歩留りは25％程度かもしれない。もしそうなら、「H100」は1枚のウエハから16個しかつくれない。

　すると、200万個の「H100」を製造するには、12.5万枚のウエハーが必要ということになる。N4は「N5」ファミリーに分類されるが、TSMCのN5の月産キャパシティーは15万枚と推測している。そうなると、毎月1万枚強のウエハーを、NVIDIAのGPUの「H100」だけに割り当ててもらえるかという問題になる。

　数字上は可能そうに見えるが、NVIDIAが生産委託しているのは、「H100」だけではない。「A100」もあれば、中国向けの「H800」と「A800」もある。要するに、TSMCがどれだけのキャパシティーを「H100」向けに割り当ててくれるか、ということになる。

　後工程のCoWoSの問題はもっと深刻である。そもそも、TSMCは基本的にファウンドリーであり、前工程を専門としているため、後工程の能力がない。そこに降って湧いたNVIDIAのGPU騒動である。これに対処するために、TSMCは台湾新竹に先進パーケージング工場「AP6」を2023年6月に（慌てて？）開設した。2024年末には月産2.8万枚に達すると報道されているが、そこにたどり着くまではCoWoSのキャパシティー不足に悩まされるのではないか？

AI半導体市場予測

　このように、NVIDIAのGPUは、前工程と後工程（CoWoS）のどちらもキャパシティー不足の問題を抱えている。しかし、これまでのTSMCの歴史を振り返ってみれば、彼らは、「生産委託があるならつくる」のである。だから、NVIDIAのGPUも、死に物狂いでつくり続けるのではないだろうか？（ここ10年間のiPhone用プロセッサのように）。

　その結果、AI半導体市場は急成長すると思われる（図14）。調査会社Stratview Researchは、2022年に154億米ドルのAI半導体市場は年平均成長率（Compound Annual Growth Rate、CAGA）42％で成長し、2028年には1278億米ドルになると予測している。その後も、CAGA=42％で成長していけば、2032年に5240億米ドルに成長する計算となる。

図14　AI半導体市場の成長予測［クリックで拡大］ 出所：Stratview Researchのデータおよび筆者の予測を基に筆者作成

　世界半導体市場統計（WSTS）によれば、2022年の世界半導体市場が5734億米ドルである。従って、上記で予測した2032年のAI半導体市場は、2022年の世界半導体市場と同規模である。

　「そんなに高成長が続くのか」と疑問を持たれるかもしれない。そこで、NVIDIAに対抗して、AI半導体に挑戦しつつあるAMDのCEO、Lisa Su氏の見解を以下に示そう。

　同氏は、日本経済新聞社の単独取材に対して、「AI向けの半導体市場が今後3〜4年で年率50％成長する」「AI向け半導体市場は現状の数百億米ドルから3〜4年で1500億米ドル（約21兆円）の規模に成長する」「AIが今後5〜10年でもっとも重要なトレンドになる」と発言している（日経新聞2023年7月22日）。

　筆者も、Su氏の主張に大いに共感している。今後、AI半導体が世界半導体産業をけん引していくと筆者は確信する。

世界半導体市場予測

　図15に、2032年までの世界半導体市場予測を示す。まずは、2022年までを振り返ってみよう。

図15　10年で2倍に成長する世界半導体市場［クリックで拡大］ 出所：WSTSのデータおよび筆者の予測を基に作成

　1990年代に約750億米ドルだった世界半導体市場は、PCが普及した効果により、10年後の2000年代に2倍の1500億米ドルになった。次は、PCの普及に続いてインターネット利用者が急増し、その効果で2010年代には、2000年代の2倍の3000億米ドルに成長した。その次はスマホが普及していったことにより、2020年代には、2010年代の2倍の6000億米ドル弱に成長した。

　このように、世界半導体市場は、おおむね10年で2倍の割合で成長してきた。そして、今後の10年は、生成AI効果により、さらに10倍の1.2兆米ドルに成長すると筆者は予測した。

　どうだろう？　世界半導体産業の未来は輝いているじゃないか！（まずは来年2024年に不況から本格回復しなくてはならないが）。

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筆者プロフィール

湯之上隆（ゆのがみ たかし）微細加工研究所 所長

1961年生まれ。静岡県出身。京都大学大学院（原子核工学専攻）を修了後、日立製作所入社。以降16年に渡り、中央研究所、半導体事業部、エルピーダメモリ（出向）、半導体先端テクノロジーズ（出向）にて半導体の微細加工技術開発に従事。2000年に京都大学より工学博士取得。現在、微細加工研究所の所長として、半導体・電機産業関係企業のコンサルタントおよびジャーナリストの仕事に従事。著書に『日本「半導体」敗戦』（光文社）、『「電機・半導体」大崩壊の教訓』（日本文芸社）、『日本型モノづくりの敗北　零戦・半導体・テレビ』（文春新書）。2023年4月には『半導体有事』（文春新書）を上梓。