[반도체] 일본 반도체에 '천재일우의 기회' 도래, 라피다스를 비판하는 사람이 알아야 할 '기술의 전환점'이란?

[お持て成し]

일본 반도체에 '천재일우의 기회' 도래, 라피다스를 비판하는 사람이 알아야 할 '기술의 전환점'이란? / 9/13(금) / JBpress

정부의 보조금 투입으로 구마모토에 대만 TSMC의 신공장이 건설되었다. 또 새 회사 라피더스(Rapidus)가 정부의 전폭적인 지원 아래 설립되는 등 일본의 반도체 산업 부활을 위한 움직임이 활발해지고 있다. 반도체의 중요성이 세계에서 어느 때보다 높아진 이유는 무엇일까. 일본의 반도체 산업은 어떻게 하면 부활할 수 있을까. 2024년 7월, 서적 「2040년 반도체의 미래」(동양 경제 신보사)를 출판한 정부의 경제 안전 보장 관련의 심의회 위원인 동시에 라피다스 사외 이사이기도 한 코시바 미츠노부씨에게 이야기를 들었다. (전편 / 전2회) 

■ 반도체는 '부가가치 제품'으로 바뀌었다

──저서 「2040년 반도체의 미래」에서는, 일본 경제 부활의 열쇠가 「첨단 반도체」에 있다고 해, 첨단 반도체를 국산화하는 것의 중요성에 대해 해설하고 있습니다. 고시바씨는 반도체 재료 메이커인 JSR에서 40년 이상에 걸쳐 반도체 업계의 변천을 계속 봐 왔습니다만, 왜 세계에서 반도체의 중요성이 계속 높아지고 있는 것일까요.

-코시바 미츠노부 씨(이하 경칭 생략) 
반도체는 일찍이 데이터 보존을 담당하는 「수많은 전자 부품의 하나」라고 하는 평가였습니다. 그러나, 반도체의 용도가 퍼짐에 따라, 메모리 반도체로부터, CPU·GPU라고 하는 로직 반도체로 역할이 이행해 갑니다. 이것은 비교적 단순한 구조의 부품에서 고도의 논리연산이나 제어를 실시하는 '부가가치를 가진 부품'으로의 변화를 의미합니다. 

초기 반도체는 라디오나 계산기에 탑재되는 것이 주를 이루었지만, 그 후 PC에 탑재되게 되고, 1990년대에 들어가면 휴대 전화에, 2000년대에 들어가면 스마트폰에도 탑재되게 됩니다. 

그러던 중 큰 변화가 된 것이 2012년입니다. 컴퓨터에 의한 화상 인식의 정밀도를 겨루는 국제 콘테스트에서, 딥 러닝(심층 학습) AI를 사용한 토론토 대학의 팀이 「인식율의 잘못이 17%」와 그 외에 약 10포인트나 차이를 내어 우승했습니다. 이 해 이후, 반도체의 진화는 AI의 계산 능력을 격렬하게 끌어올려 갑니다. 

또 2022년 시작된 러시아의 우크라이나 침공은 '무기 성능 향상'이라는 반도체의 새로운 측면을 부각시켰습니다. 반도체가 안보 분야와 떼려야 뗄 수 없음이 다시 한번 드러난 것입니다. 

반도체는 언제 어디서나 구할 수 있는 것이 아니며 제조도 쉽지 않습니다. 지금 최첨단 반도체 공장을 만들려면 한 공장당 2조엔 이상의 건설비가 든다고 합니다. 회로 선폭 16나노미터 이후의 첨단 반도체가 되면, 제조할 수 있는 메이커는 세계에 6사 밖에 없습니다.  

그럼에도 불구하고 고성능 스마트폰이나 AI처럼 고도의 계산 능력이 요구되는 첨단 반도체는 이미 우리의 일과 생활에 필수적인 것이 되고 있습니다. 20세기 자원이 '화석연료'나 '광물'이라면 21세기의 핵심 자원은 '계산자원'입니다. 그렇게 생각하면 계산 자원의 '원재료'라고도 할 수 있는 반도체가 얼마나 중요한지 아실 수 있지 않을까요. 

■ 일(日)에 코로나 이상의 대타격을 가하는 '대만 유사시' 충격

──세계 첨단 반도체의 90% 이상을 생산하고 있는 것이 대만 TSMC라고 하는데, 대만은 중국과 정치적으로 대립하고 있습니다. 만약 중국이 대만을 비우호적 수단으로 통합하고 TSMC를 지배하에 두는 사태가 현실화될 경우 일본에는 어떤 영향이 미칠까요? 

-코시바
어떤 추산에 따르면 '대만 유사시'가 발생해 대만에서 반도체 공급이 멈출 경우 일본 제조업의 3분의 1이 조업정지에 내몰릴 것으로 보입니다. 그 결과적으로 일본의 GDP 약 600조엔 중 10%인 60조엔, 경우에 따라서는 그 이상의 손실이 상정됩니다. 

코로나로 반도체 부족 현상이 일어난 것은 여러분의 기억에 새롭겠죠. 당시 도요타 자동차 등 일본 자동차 업체들은 일시 조업정지를 할 수밖에 없었습니다. 마찬가지로 에어컨, 내비게이션, 전자 피아노, 의료기기 등의 제조도 큰 타격을 받았습니다. 당시 반도체 부족으로 인해 일본 GDP의 5%가 날아간 것입니다. 대만 유사시가 일어나면 그 이상의 심각한 사태에 빠질 것이 확실할 것입니다. 

──반도체 부족의 리스크를 많은 기업들이 절감하기도 해 2022년 라피다스 설립에 대한 보도는 주목을 받았습니다. 동사가 제조를 목표로 하는 2 나노미터의 첨단 반도체에는, 어떤 용도를 생각할 수 있을까요. 

-코시바 
2나노 반도체의 수요를 뒷받침하는 열쇠, 이른바 킬러 애플리케이션은 「데이터(의 유효 활용)」가 된다, 라고 생각하고 있습니다. 과거 반도체 수요라고 하면 가전이나 PC가 중심이었지만, 그 후 '다음 킬러 앱이 없다'며 업계 내에서 비관론이 소용돌이치기도 했습니다. 하지만 킬러 앱은 반드시 등장하기 마련입니다. 컴퓨터 뒤에는 휴대전화, 그리고 스마트폰이 등장했습니다. 그리고 다음 킬러 앱이 '데이터'가 될 겁니다. 

지금까지 대량의 데이터가 생성되어도 그 대부분이 사용되지 않았습니다. 그러나, 요즈음은 데이터를 활용할 수 있는 컴퓨터테이션(계산 기반)이 속속 등장하고 있습니다. 그런 상황이 되면 많은 사람들이 '데이터를 사용해서 이런 일을 할 수 없을까'라고 생각하게 되기 때문에 데이터를 활용하는 계산 용도도 점점 넓어지는 것입니다. 

그러나, 여기서 문제가 되는 것이 「소비 전력」입니다. 데이터의 처리량이 증가하면, 그에 따라 소비 전력도 증가합니다. 현재 전 세계 데이터센터의 전력 소비량은 전 세계 전력의 2%를 차지하고 있으며, 이 비율은 가속도적으로 증가할 것으로 예상되고 있습니다. 

그러나 머지않은 미래에 반드시 혁신이 일어나 전력 소비량을 줄일 수 있을 것입니다. 그래서 중요한 것이 2나노 이후의 반도체입니다. 소비 전력을 억제한 서스테이너블한 반도체를 실현하려면 , 2 나노를 넘은 한층 더 미세화가 필요한 것입니다. 

──2나노 이후의 반도체를 제조하는데 있어서 기술적으로 주목해야 할 포인트는 있습니까?

-코시바 
이전 반도체의 제조에 대해서는 「평탄한 실리콘 칩 위에서, 트랜지스터의 게이트의 전극의 길이나 금속선의 폭을 얼마나 작게 하는가」가 미세화의 포인트였습니다. 그러나, 1959년에 발명된 집적 회로의 「플레이너 구조」(평면의 구조)에서는 미세화의 한계를 맞이한 것으로부터, 2010년대부터는 「FinFET(핀펫) 구조」라고 하는 입체적인 구조로 세대 교대하고 있습니다. 

그리고 최근 FinFET 구조에 의한 미세화도 비용적, 퍼포먼스적인 한계를 맞이하고 있습니다. 그래서 새롭게 개발된 것이 「게이트·올·어라운드(GAA) 구조」입니다. GAA 구조는 FinFET 구조에 의해 입체화한 전류의 입력 단자(소스)와 출력 단자(드레인)를 섬세한 시트 형태로 형성해, 여러 층으로 쌓아 올린 것입니다. 이것에 의해, 늘린 층의 수만큼, 평면상의 면적을 늘리지 않고 드레인의 전류를 증가시킬 수 있습니다. 

GAA 구조는 반도체의 더욱 고성능화를 가능하게 하는 한편, FinFET 구조보다 제조 공정이 복잡하고 비용도 많이 듭니다. 그런 가운데, IBM은 2021년 5월, GAA 구조의 2 나노 세대 반도체의 테스트 칩의 시작에 성공해, 라피다스의 창업자의 한 사람인 히가시씨에게 「2 나노 세대의 기술을 일본에 제공하고 싶다」라고 타진하고 있습니다. 

■ '기술의 전환점'이기에 기회가 있다

──반도체의 미세화를 진행하는 데 있어 GAA 구조가 주류가 되는 것은 어떤 의미를 갖는 것일까요.

-코시바 
반도체의 제조를 담당하는 파운드리에 있어서 「테크놀로지의 전환점」을 맞이하게 되어, 경쟁 환경이 바뀌는 것을 의미합니다.

하이테크 산업은 매우 보수적인 측면을 가집니다. 어떤 기술이 사용되기 시작하면 그것을 바꾸는 것은 쉽지 않습니다. 하지만 그런 기술도 곧 바뀔 때가 옵니다. 그것이 기술의 전환점에 직면한 타이밍입니다. 

반도체의 플레이너 구조가 FinFET 구조로 이행하는 전환점에서는, 세계에 6사 있던 반도체 기업이 도태되어 대응할 수 있는 것은 인텔, 삼성, TSMC의 3사 뿐이 되었습니다. 다음 전환점이 GAA 구조를 가진 2나노 이후의 반도체이기 때문에, 여기에 일본의 반도체가 선행하는 타사와 어깨를 나란히 할 기회가 있다고 생각합니다. 

기술의 전환점이라는 의미에서는 또 하나 중요한 토픽스가 있습니다. 그것은 2027년경부터 양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 조합하여 사용하게 되어, 컴퓨터테이션이 크게 바뀔 가능성이 크다는 것입니다. 

양자 컴퓨터는, 종래형의 컴퓨터의 1억배의 속도로의 초고속 계산을 가능하게 합니다만, 그 실현에 2나노 이후의 반도체는 필요 불가결합니다. 그렇기 때문에, 양자 컴퓨터의 활용의 폭이 넓어지는 타이밍에, 최첨단 반도체의 수요는 한층 성장해 갑니다. 

더불어 안전보장상의 첨단 반도체의 존재감도 커질 것입니다. 전 세계에서 계속 성장하는 첨단 반도체의 수요에 대해서, 현재 반도체 제조를 리드하는 3사만으로는 그 수요에 도저히 대응할 수 없습니다. 그렇기 때문에 여기에 일본의 반도체가 블루 오션을 찾을 기회가 있다고 생각합니다. 

──신규 진입하는 파운드리가 이러한 기회를 성과로 연결시키기 위해서는 무엇이 포인트가 될까요?

-코시바 
선행하고 있는 TSMC와 같은 파운드리에게 배우는 것이라고 생각합니다. 파운드리의 역할은 '반도체 제조 수탁'이라고 합니다만, 그 본질은 '서비스업'입니다. iPhone용 반도체를 공급하고 있는 TSMC는, 신모델의 제조가 시작되기 2년전부터 미국 애플과 다양한 정보교환을 실시해, 상품의 설계 단계부터 서포트하고 있습니다. 

파운드리는 「테크놀로지를 선점하면 시장 점유율을 넓힐 수 있다」라고 하는 단순한 비즈니스가 아닙니다. 그리고, 「성실하게 좋은 제품을 만들어내시면 팔린다」라고 하는 자세만을 너무 고집해서도 안됩니다. 고객 만족도를 추구하는 TSMC의 철저한 서비스 자세에서 배우면서 다음 기회를 잡는 자세가 중요합니다. 

미카미요시히로

https://news.yahoo.co.jp/articles/82ff706bc8b4c845ad2becf8f39beee55fe61f7f?page=1

日本半導体に「千載一遇のチャンス」到来、ラピダスを批判する人が知っておくべき「技術の

日本半導体に「千載一遇のチャンス」到来、ラピダスを批判する人が知っておくべき「技術の転換点」とは？
9/13(金) 11:02配信


14
コメント14件


JBpress
JSR前会長、経済同友会経済安全保障委員会委員長、ラピダス社外取締役  小柴満信氏（撮影：内藤洋司）

　政府による補助金投入を受け、熊本に台湾TSMCの新工場が建設された。また、新会社ラピダス（Rapidus）が政府の全面支援のもとに設立されるなど、日本の半導体産業復活に向けた動きが活発化している。半導体の重要性が世界でかつてないほど高まっている理由とは。日本の半導体産業はどうすれば復活できるのか。2024年7月、書籍『2040年 半導体の未来』（東洋経済新報社）を出版した政府の経済安全保障関連の審議会委員であるとともにラピダス社外取締役でもある小柴満信氏に話を聞いた。（前編/全2回）

【画像】小柴満信『２０４０年　半導体の未来』(東洋経済新報社)

■　半導体は「付加価値を持った製品」に変わった

　──著書『2040年 半導体の未来』では、日本経済復活の鍵が「先端半導体」にあるとして、先端半導体を国産化することの重要性について解説しています。小柴さんは半導体材料メーカーであるJSRで40年以上にわたり半導体業界の変遷を見続けてきたわけですが、なぜ、世界で半導体の重要性が高まり続けているのでしょうか。

　小柴満信氏（以下敬称略）　半導体はかつてデータ保存を担う「数ある電子部品の1つ」という位置づけでした。しかし、半導体の用途が広がるにつれ、メモリ半導体から、CPU・GPUといったロジック半導体へと役割が移行していきます。これは、比較的単純な構造の部品から、高度な論理演算や制御を行う「付加価値を持った部品」への変化を意味します。

　初期の半導体は、ラジオや電卓に搭載されることが主でしたが、その後、パソコンに搭載されるようになり、1990年代に入ると携帯電話に、2000年代に入るとスマートフォンにも搭載されるようになります。

　そうした中で、大きな変化となったのが2012年です。コンピュータによる画像認識の精度を競う国際コンテストにおいて、ディープラーニング（深層学習）AIを使ったトロント大学のチームが「認識率の誤りが17％」と他に約10ポイントもの差をつけて優勝しました。この年以降、半導体の進化はAIの計算能力を激烈に押し上げていきます。

　また、2022年に始まったロシアのウクライナ侵攻は、「兵器の性能向上」という半導体の新たな側面をクローズアップしました。半導体が安全保障分野と切っても切り離せないことが改めて明らかになったのです。

　半導体はいつでもどこでも手に入るものではなく、製造も容易ではありません。いま最先端の半導体工場を作ろうとすると、一つの工場あたり2兆円以上の建設費がかかると言われています。回路線幅16ナノメートル以降の先端半導体となると、製造できるメーカーは世界に6社しかありません。

　それにもかかわらず、高性能のスマホやAIのように高度な計算能力を求められる先端半導体は、すでに私たちの仕事や生活に欠かせないものとなっています。20世紀の資源が「化石燃料」や「鉱物」だとすれば、21世紀の重要資源は「計算資源」です。そのように考えると、計算資源の「原材料」とも言える半導体がどれだけ重要か、お分かりになっていただけるのではないでしょうか。

■　日本にコロナ禍以上の大打撃を与える「台湾有事」の衝撃

　──世界における先端半導体の90％以上を生産しているのが台湾TSMCとのことですが、台湾は中国と政治的に対立しています。仮に中国が台湾を非友好的手段で統合し、TSMCを支配下に置くような事態が現実化した場合、日本にはどのような影響が及ぶのでしょうか。

　小柴　ある試算によると、「台湾有事」が発生して台湾からの半導体供給が止まった場合、日本の製造業の3分の1が操業停止に追い込まれると言われています。その結果として、日本のGDP約600兆円のうちの10％である60兆円、場合によってはそれ以上の損失が想定されます。

　コロナ禍で半導体不足が起こったことは、皆さんの記憶に新しいでしょう。当時、トヨタ自動車などの日本の自動車メーカーは一時操業停止をせざるを得ませんでした。同様に、エアコン、カーナビ、電子ピアノ、医療機器などの製造も大打撃を受けました。当時の半導体不足によって、日本のGDPの5％が吹き飛んだのです。台湾有事が起きれば、それ以上の深刻な事態に陥るのは確実でしょう。

　──半導体不足のリスクを多くの企業が痛感したこともあり、2022年のラピダス設立に関する報道は注目を集めました。同社が製造を目指す2ナノメートルの先端半導体には、どのような用途が考えられるのでしょうか。

　小柴　2ナノ半導体の需要を後押しする鍵、いわゆるキラーアプリケーションは「データ（の有効活用）」になる、と考えています。かつて半導体の需要と言えば家電やパソコンが中心でしたが、その後「次のキラーアプリがない」と業界内で悲観論が渦巻いたこともありました。しかし、キラーアプリは必ず登場するものです。パソコンの後には携帯電話、そしてスマートフォンが登場しました。そして、次なるキラーアプリが「データ」になるはずです。

　これまで、大量のデータが生成されても、そのほとんどが使われてきませんでした。しかし、昨今はデータを活かせるコンピューテーション（計算基盤）が続々と登場しています。そうした状況になると、多くの人が「データを使ってこんなことができないか」と考えるようになるため、データを活用する計算用途もどんどん広がっていくのです。

　しかし、ここで問題となるのが「消費電力」です。データの処理量が増えると、それに伴い消費電力も増えます。現在、世界中のデータセンターの電力消費量は、世界全体の電力の2％を占めており、この割合は加速度的に増えると予想されています。

　しかし遠くない将来、必ずイノベーションが起こり、電力消費量は抑えることができるでしょう。そこで要になるのが、2ナノ以降の半導体です。消費電力を抑えたサステナブルな半導体を実現するには、2ナノを超えたさらなる微細化が必要なのです。

　──2ナノ以降の半導体を製造する上で、技術的に注目すべきポイントはありますか。

　小柴　かつて半導体の製造においては「平坦（へいたん）なシリコンチップの上で、トランジスタのゲートの電極の長さや金属線の幅をいかに小さくするか」が微細化のポイントでした。しかし、1959年に発明された集積回路の「プレーナー構造」（平面の構造）では微細化の限界を迎えたことから、2010年代からは「FinFET（フィンフェット）構造」という立体的な構造に世代交代しています。

そして近年、FinFET構造による微細化もコスト的、パフォーマンス的な限界を迎えつつあります。そこで新たに開発されたのが「ゲート・オール・アラウンド（GAA）構造」です。GAA構造は、FinFET構造によって立体化した電流の入力端子（ソース）と出力端子（ドレイン）を細かなシート状で形成し、何層にも積み上げたものです。これにより、増やした層の数だけ、平面上の面積を増やすことなくドレインの電流を増加させることができます。

　GAA構造は半導体のさらなる高性能化を可能とする一方で、FinFET構造より製造工程が複雑で、コストもかかります。そんな中、IBMは2021年5月、GAA構造の2ナノ世代半導体のテストチップの試作に成功し、ラピダスの創業者の一人である東氏に「2ナノ世代の技術を日本に提供したい」と打診しています。

■　「技術の転換点」だからこそチャンスがある

　──半導体の微細化を進める上でGAA構造が主流となることは、どのような意味を持つのでしょうか。

　小柴　半導体の製造を担うファウンドリーにとって「テクノロジーの転換点」を迎えることになり、競争環境が変わることを意味します。

　ハイテク産業は非常に保守的な側面を持ちます。あるテクノロジーが使われ始めると、それを変えることは容易ではありません。しかし、そんな技術もやがて変わる時が訪れます。それがテクノロジーの転換点に直面したタイミングです。

　半導体のプレーナー構造がFinFET構造へと移行する転換点では、世界に6社あった半導体企業が淘汰（とうた）され、対応できるのはインテル、サムスン、TSMCの3社だけとなりました。次の転換点がGAA構造を持つ2ナノ以降の半導体ですから、ここに日本の半導体が先行する他社と肩を並べるチャンスがあると考えています。

　テクノロジーの転換点という意味では、もう一つ重要なトピックスがあります。それは、2027年ごろから量子コンピュータとスーパーコンピュータを組み合わせて使われるようになり、コンピューテーションが大きく変わる可能性が大きい、ということです。

　量子コンピュータは、従来型のコンピュータの1億倍の速さでの超高速計算を可能としますが、その実現に2ナノ以降の半導体は必要不可欠です。だからこそ、量子コンピュータの活用の幅が広がるタイミングで、最先端半導体の需要は一層伸びていきます。

　加えて、安全保障上における先端半導体の存在感も大きくなっていくでしょう。世界中で成長し続ける先端半導体の需要に対して、現在半導体製造をリードする3社だけではその需要に到底対応し切れません。だからこそ、ここに日本の半導体がブルーオーシャンを見出すチャンスがあると思っています。

　──新規参入するファウンドリーがこれらのチャンスを成果に結びつけるためには、何がポイントになるでしょうか。

　小柴　先行しているTSMCのようなファウンドリーに学ぶことだと考えています。ファウンドリーの役割は「半導体製造受託」といわれますが、その本質は「サービス業」です。iPhone用の半導体を供給しているTSMCは、新モデルの製造の始まる2年ほど前から米アップルとさまざまな情報交換を行い、商品の設計段階からサポートしています。

　ファウンドリーは「テクノロジーを先取りすれば市場シェアを広げられる」という単純なビジネスではありません。そして、「まじめに良い製品を作りされすれば売れる」という姿勢だけにこだわり過ぎてもいけません。顧客満足度を追求するTSMCの徹底したサービスの姿勢から学びつつ、次なるチャンスを掴む姿勢が大切です。

三上 佳大