半導体市場動向

2019年 群馬大学電気電子工学特別講義Ⅱ集積電子回路工学 第394回 アナログ集積回路研究会講演

2019.10.29

東京電機大学非常勤講師 群馬大学協力研究員

中谷 隆之

半導体市場動向

2019年版

本日の内容

・半導体分類など重要な言葉の理解

・世界の半導体市場の歴史

・中国半導体動向

・今後の半導体市場

・半導体技術動向概要

・まとめ

半導体の分類

半導体素子

個別半導体 光半導体

IC

LSI

IC/LSI

IC/LSI

IC/LSI

SoC/

LSI

トランジスタ、ダイオードなど

LED

(

レーザダイオードなど

マイクロプロセッサ、マイコンなど

家電用、産業用、車載用、イメージセンサなど

DRAM

NAND/NOR

,SRAM

デジタル家電用、携帯電話用、

産業用、車載用など

ロジック、アナログ、メモリ機能を１チップに集積

MPU MCU

汎用IC/LSI：幅広い分野で汎用的に使用可能な半導体。MPU、DRAMやNANDラッシュメモリなど ASSP：特定分野で使用されるカタログ品。デジタルテレビ用やスマホ用LSIなど

ASIC：カスタム半導体。完全なカスタム品とASSPも含む場合もある。

2

SoC （システム LSI)

SoC (System on a Chip) は、一つのLSIチップ上に、各種デジタル回路、メモリ回路、

アナログ回路およびソフトウェアが混載された半導体

ＡＤ

アナログ・

デジタル

変換 デジタル回路

ＣＰＵ、ＤＳＰなど

ソフトウェア処理

プログラムの記憶

プログラム・メモリ

データ・メモリ

DRAM、FLASH、SRAMなど

ＤＡ

デジタル・

アナログ 変換

電波 ＲＦ

自 然 界

アナログ

高速 ﾃﾞｼﾞﾀﾙ I/F

Gbps

高速デジタル信号 セン

サ

アク チュ エー タ

アナログ

高速標準ｌ/Ｆ 通信

放送

ストレージなど ディスプレイ スピーカ モータなど

マイコン

ロジック アナログ

メモリ マイコン ロジック アナログ メモリ

A 社

B 社

C 社

D 社

4つのチップを基板上の配線でつないで

１つのシステムを実現 1チップで

1つのシステムを実現

プリント基板

SoC

3

WSTS による半導体分類

WSTS

World Semiconductor Trade Statistics

世界の半導体企業45社(2019.6現在)が加盟する組織。定期的に半導体出荷統計および市場予測を公開。

現在、ほとんどの半導体市場データは、この

WSTS

全半導体 ディスクリート ダイオード、小信号トランジスタ、パワートランジスタ、

整流器、サイリスタ、その他

オプト 表示器、ランプ（LED),カプラー、イメージセンサ、レーザピックアップ、

レーザトランスミッタ、赤外線、その他オプト

センサ

全IC アナログ 汎用アナログ：ｲﾝﾀｰﾌｪｰｽ、ﾊﾟﾜｰﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄ、ﾃﾞｰﾀｺﾝﾊﾞｰﾀ、ｱﾝﾌﾟ/ｺﾝﾊﾟﾚｰﾀ 専用アナログ：民生、コンピュータと周辺機器、通信、車、産業他

MOSマイクロ MPU,DSP、

MCU：4bit,8bit,16bit,32bit以上

ロジック バイポーラ、汎用ロジック、ゲートアレイ、ｽﾀﾝﾀﾞｰﾄﾞｾﾙ/FPGA、 ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲﾄﾞﾗｲﾊﾞ、ｽﾍﾟｼｬﾙﾊﾟｰﾊﾟｽﾛｼﾞｯｸとﾏｲｸﾛﾍﾟﾘﾌｪﾗﾙ(ASSP）

MOSメモリ DRAM、NANDフラッシュ、SRAM,ﾏｽｸROM＆EPROM、その他

SoCは、ｽﾍﾟｼｬﾙﾊﾟｰﾊﾟｽﾛｼﾞｯｸとﾏｲｸﾛﾍﾟﾘﾌｪﾗﾙに含まれる

4

水平分業化： IDM 、ファブレスおよびファウンドリ

IDM：設計、製造、販売を全て自社にて行う

ファブレス：設計と販売のみ自社。製造はファウンドリ使用 ファウンドリ：半導体各社から製造のみ請け負う

IDM

Integrated Device Manufacturer：

垂直統合型デバイスメーカ 半導体産業の業態分類

ARM

Qualcomm

TSMC

Qualcomm 代表例

代表例

Intel

http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20140627_655398.html 5

世界半導体市場のマクロ変化

・

2018年の世界半導体市場は4688億ドル（約52兆円）

・

世界の半導体市場は1960年～1995年までの35年間、年率約+17%の高成長

1995～2010年は年率約+5%、 2010～2015年は年率約+2.4%、2017～2018年は大きく成長

・牽引する市場は時代とともに変化。

CAGR：年平均成長率 2015 2010

2005 2000

1995 1990

1985 1980

1975 1970

1965 1960

1955 1兆

1000億

100億

10億

1億 市場 (ドル）

1960-1995 CAGR:17%

1995-2010 CAGR:5%

1995年 1,440億

1960年 6.5億ドル

世界の半導体市場と

市場を牽引する機器の変化

2010年 2,983億

軍用

産業用コンピュータ

アナログ民生機器

パソコン

デジタル家電、携帯電話 自動車、環境、

医療、ロボット 2010-2015 CAGR:2.4%

2018年 4,688億ドル

AI/IoT

2018

市場額データはSIA,WSTSデータ 6

世界半導体市場での地域別シェア推移

・汎用半導体（メモリなど）生産はアメリカ→日本→アジア（台湾、韓国、中国）へシフト

・アメリカは汎用半導体から付加価値の高い半導体（ﾏｲｸﾛﾌﾟﾛｾｯｻなど）へシフト 日本の半導体メーカのシェアダウンが止まらない。2018年は世界シェア7% に低下

参考 http://eetimes.jp/ee/articles/1606/27/news017.html

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

60

50

40

30

20

10

0 半 導 体 出 荷高 シェ ア（

％

）

米国

アジア

（台湾、韓国、

中国）

日本

欧州 日本

DRAM

USA

MPU

韓国はメモリで成長

台湾はメモリからﾌｧｳﾝﾄﾞﾘへ

52%

36%

内訳 韓国27%

台湾6%

中国3%

7%

6%

2018 年 シェア

18

7

1996 年～ 2019 年 6 月半導体市場推移 _2019.8

1996 年から 2019 年 6 月までの月次半導体市場推移。売上額と前年同月比グラフ

・ 2001 年と 2009 年に大きな落ち込みが観測される

・ 2016 年後半からの市場成長し 2017 年後半にピーク。 2019 年に大きくダウン

2000年 2010年

2009年 2004年

単 月 半 導 体 売 上 額 (B

㌦ ）

対 前 年 同 期 比 (%) 単月の半導体の世界売上高と対前年同月比の推移

売上高は

3

売上

対前年比

2001年

96 00 05 10 15

2018年

https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/column/18/00001/02711/

19

8

半導体市場予測 WSTS2019 年春版から _2019.6

地域別半導体市場

・

2018 年の世界半導体市場は 4688 億ドル、前年比＋ 13.7% と大幅増加 好調要因は 2017 年から続くメモリ（ DRAM と NAND)

・世界の半導体市場は 2017 年から高成長が続くが、

2019 年は一転、前年比 -12.1% と大幅減少見込み。特にメモリ価格の下落が激しい

アジア

日本 欧州 北米

3056 3358 3352 3389

4122

4688

+21.6%

+13.7%

4121

4344億ﾄﾞﾙ -12.1% -+5.4%

地域別市場：

半導体メーカが半導体を販売した地域。最終製品の販売地域ではない ^WSTS資料 9

半導体需要は日本を除くアジアへシフト 2019.8

2000 05 10 15 19

売 上 高（ 億ﾄﾞﾙ

）

世界計

中国 その他 アメリカ 欧州 日本

アジア太平洋（日本除）

https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/column/18/00001/02711/

世界および地域別の単月半導体売上高

（3カ月移動平均値）の推移

上期

・2000年以降、半導体市場は先進国から、アジア中心の新興国へシフト。特に中国の伸びが著しい 1995年以降、先進国（欧米、日本）市場は横ばい

・

市場が先進国から新興国へ移るに従い、半導体の量は拡大するが価格下落が激しく

10

WSTS 2019 年春季半導体市場予測 2019.6

・製品別半導体市場を見ると、メモリ市場の変動が激しいことがわかる

・メモリの対前年増減をみると 2017 年が前年比 +61.5% 、 2018 年が +27.4% と大幅増 一転して 2019 年は -30.6% と大幅減少へ

製品別半導体市場動向

277

343

391

77

91 61 48

124

102

64 53

158

109

67 59

+61.5%

ﾏｲｸﾛ

(MPU/MCU) ﾛｼﾞｯｸ (SoC)

ｱﾅﾛｸﾞ メモリ

(DRAM/NAND) 337

110

105

67 56

355B

+27.4% -30.6%

製品別市場予測

WSTS 2019年春季半導体市場予測 11

世界の半導体市場成長率の推移

12 メモリ市場の振幅が激しい。

2017

2018

2019

もそれ以外の市場もマイナス成長に落ち込み。

特にメモリ市場は

2019

4

43.9

30

https://eetimes.jp/ee/articles/1910/08/news031.html#l_tt191008_Scope22_001.jpg&_ga=2.258450958.544064738.1571276750-1050596986.1569886677

前年 同 月 比成 長率

(%)

メモリ

2010

2017

非メモリ

(SoC

メモリ

total

total

メモリ

2019 年メモリ価格が大きく下落

・ DRAM は 2018 年初頭ピークに 2019 年 6 月には 1/3 近く価格下落

・ NAND は 2017 年中頃をピークに 2019 年 6 月には 1/2 近く価格下落

2017

2018

2019.7

日経ビジネス2019.7.15号 13

8Gb

8Gb

DRAM の価格推移 NAND の価格推移

単価

(

ドル

）

32GbMLC スポット価格

2018 年メモリシェア

・メモリメーカの寡占化で価格破壊が以前より起こりにくくなった。

・ Samsung が NAND,DRAM ともに 1 位で 40% 近くのシェアを持つ

このため Samsung は 2017~2018 年メモリ好調の恩恵を最大限うけた

・中国が NAND,DRAM 市場を狙い大規模投資中。本格稼働すると競争激化必至

2018 年 DRAM シェア

Samsung 428%

SK Hynix 29.6%

Micron 23.1%

南亜2.8%他1.7%

市場

989 億ドル

2018 年 NAND シェア

Samsung 38.4%

東芝 17.6%

Western Digital

13.9%

SK Hynix 11.1%

Micron 10.6%

他

8.4%

市場

602 億ﾄﾞﾙ

日経業界地図2020年版

東芝と

Western Digital

NAND

14

メモリの世界市場シェア推移

DRAM

NAND

韓国計 韓国計

Samsung

Samsung

SK Hynix Micron

東芝 WD

https://eetimes.jp/ee/articles/1907/10/news027.html

・メモリは韓国勢 (Samsung+SK Hynix) が圧倒的な世界シェアを有する DRAM で 72.6 ％、 NAND で 39.4%

・ただ Samsung のシェアが漸減傾向。最近、技術開発で陰りを指摘する記事も見られる

2018 年 DRAM で Amazon (AWS) 向け市場品質問題 (2019.4) NAND で東芝が先端技術開発リードする発表がおおい ポスト DRAM では Micron が積極 R&D 投資

15

2018 年アナログ IC メーカ売上ランキング _2019.5

https://news.mynavi.jp/article/20190514-822628/

アナログ IC 特徴

・製品寿命長い

・真似られにくい

・先端プロセス不要

・製造コスト低いのに 単価高く売れる 結果

高い利益率確保

アナログ IC 売上高ランキングでは、 2018 年の上位 10 社の売上高合計は前年比 9.4% 増の 361 億ドルで、アナログ IC 業界全体の 60% を占めた。

アナログ IC 業界のトップは Texas Instruments(TI) だが、それでもその市場シェアは 18%

16 Analog Devicesは2016年にLTCを買収

2018 年半導体消費ランキング Top10 ^2019.2

2018 年の半導体購入企業ランキング 1 位は Samsung トップ 10 中 4 社が中国勢。特に Huawei の伸びが著しい

2018 年の世界の電子機器メーカー半導体消費額ランキング・トップ 10

(単位:百万ドル、デザインTAMベースでの集計) (出所:Gartner)

(中国）

(中国）

(中国）

(中国）

メモリ応用製品

17

スマホ/ﾃﾞｼﾞﾀﾙ家電 スマホ/PC

スマホ PC PC スマホ PC

サーバー スマホ

主な製品

スマホ用半導体市場推移

日経2019.4.25

・ 2018 年のスマ用半導体市場： 1130 億ドル（ 12 兆 6000 億円）

プロセッサ、通信関連、メモリーなどを含む

・ 2018 年の世界半導体売上高は 4767 億米ドルなので、

全世界の半導体のうち約 24% がスマホ市場

18

スマートフォンの世界出荷台数と成長率

http://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/column/18/00065/00034/?ST=nxt_thmdm_electronic&P=5

成長率

2016

19

・スマホの世界出荷台数は 2016 年にピークアウト（ピーク約 14 億 7000 万台）

・成長率でみると 2010 年ピークに成長率は鈍化

・半導体市場として、ポストスマホ市場への期待が大きい

携帯電話 / スマホシェア移り変わり

日経2017.2.28

・携帯電話 / スマホのシェア変遷はドラスティック

2007

50%

Samsung

・ 2014 年以降、 Samsung がシェア落とし中国勢が急激にシェア拡大中

・ Apple は独自戦略でシェア維持

/

UI

ドラスティックに変化

2018 年世界スマホシェア

全出荷台数

14

400

Samsung 20.8%

Apple 14.9%

Hauwei 14.7%

小米 8.7%

OPPO 8.1

その他 32.9%

日経業界地図2020版 20

2018 年の世界半導体企業ランキング

21

https://news.mynavi.jp/article/20190418-810958/ｃ

2019.4.18

（額はMﾄﾞﾙ、ファウンドリーを含まない）

2018 年世界の半導体売上ランキング 世界の半導体市場は、

・ 2018 年は前年比 12.5% 増の 4746 億ドル

・ Top に Samsung が躍進 (DRAM&NAND)

・ Intel は 2 位にダウン

・ 3 位に SK Hynix( メモリ好調のため）

・ファウンドリ TSMC は 4 位相当 (322 億

）

・ Top10 内に日本企業はなし

（東芝＋東芝メモリ合計では 8 位相当）

・ Qualcomm の不調

主要半導体ベンダーの 2018 年における成長率

22

2018 年は半導体メモリベンダーの高成長ぶりが目立つ。

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1166701.html#photo001_l.JPG

2019.1.28

Gartnerが2019年1月7日に発表した数値と、ICInsightsが2018年11月12日に発表した数値をまとめたもの

2018 年、トップ 10 から日本勢が消えた

23

1990 年代、日本勢は Top10 内に 6 社を占めた。

2018 年には、東芝が NAND 事業を分離・売却し、東芝の半導体事業の売上高が東芝メ モリと東芝デバイス＆ストレージに分けられたことから、 2 社ともランク外となり、ついに ランキングから日本企業名が消えてしまうこととなった。

https://news.mynavi.jp/article/20190418-810958/ｃ

半導体企業ランキングトップ 10 の変遷

Western Digital

Samsung

2019年上期半導体売上高ランキング

24 2019.8.28

https://eetimes.jp/ee/articles/1908/27/news033.html#l_jn_2019082601.png&_ga=2.26697341.1902189815.1566997720-1482206765.1566357207

・ Top15 社の 2019 年上期売り上げは、前年比 18% のダウン

・ 2019 年上期、 Intel が首位の座を奪還。（ Intel は前年比 2% 下落程度）

・ 2018 年好調だったメモリベンダーは軒並み売り上げが前年比 30 ％近くダウン

・ NVIDIA も仮想通貨市場低迷などで 25% 減へ

・ SONY （イメージセンサ）が前年比 +13% と好調

2018

2018 年の日本半導体企業ランキング _2019.3.15

・世界半導体の 2018 年対前年平均成長率は +12.5% に対し 日本半導体企業は +4.7% と低い

・東芝メモリ (NAND) が国内シェア 24% をしめる

・上位 3 社（東芝メモリ、ルネサス、 SONY) で 54% のシェアを有する

https://news.mynavi.jp/article/20190315-789167/

主な製品 NAND マイコン

CMOSイメージセンサー

ディスクリート、SICﾊﾟﾜｰ SoC,ディスクリート LED

パワー半導体 パワー半導体

マイコン、映像/音響、イメージセンサ

ASSP(画像/音響処理）、カスタム

25

CMOS センサ世界シェア 2018 年

SONY 50.1%

Samsung 20.5%

OmniVision 11.5%

ONSemi.

5.6%

SONYはCMOS センサで高い

世界シェアを有する

Intel vs Samsung 半導体売上推移 2019.5.7

・ 2017 年 Samsung が Intel を抜いて売上 Top へ . さらに 2018 年 Intel を引き離し Top へ

・メモリ（ DRAM および NAND) が極めて好調だったため

・ただし、 2019 年はメモリ不調により Intel が Top へ返り咲きの見込み

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1183056.html

Samsung Intel

26

半導体市場でのトップ 5 社世界シェアは約 5 割に _2019.1.22

半導体産業の寡占化

1 位（ Samsung) で 16% シェア、 1 位 (Samsung)+2 位 (Intel) で 31% 、 top3 社で 37% 、 上位 top5 社で半導体市場の 47% をシェア占める。

27

2018 年の半導体市場 (5140 億ドル規模 ) における

上位 5/10/25/50 社のマーケットシェア ₍

)

https://news.mynavi.jp/article/20190122-759916/

2018 年

10 年間で 寡占化進行

2008 年

半導体産業における M&A 規模の推移

・半導体企業は M&A で拡張してきたが大型 M&A はほぼ終了 2016 年予定の Qualcomm による NXP 買収は失敗

・ 2018 年に発表された 2 大 M&A は、米 Microchip Technology による米 Microsemi の 買収 (83.5 億ドル ) とルネサス エレクトロニクスによる米 IDT の買収 (67 億ドル )

https://news.mynavi.jp/article/20190122-759916/ 28

半導体産業における M&A 規模の推移 ( 単位 :10 億ドル）

Qualcomm

NXP

2015 年主な M&A

Avago

Broadcom

(370

) WD

Sandisk

190

Intel

Altera

167

NXP

Freescale

118

2016 年主な M&A

Softbank

ARM

302

ADI

LTC

130

ファブレスの 2018 年売上高ランキング _2019.3.4

・ファブレス企業のランキング変化が激しい。

・ 2018 年スマホ依存の大きい Qualcomm の低迷と、 AI 関連ファブレス (NVIDIA,AMD) の伸び

https://news.mynavi.jp/article/20190304-780423/

ファブレス半導体メーカーの 2018 年売上高ランキングトップ 10

中国ファブレスを除く

(

29 順位 会社名

2018

(

2017

(M

増減

(%)

1 Broadcom 18,941 18,453 2.6 2 Qualcomm 16,370 17,029 -3.9

3 NVIDIA 11,163 8,691 28.4

4 MediaTek 7,882 7,941 -0.7

5 AMD 6,475 5,253 23.3

6 Xilinx 2,868 2,438 17.6

7 Marvell 2,819 2,392 17.9

8 Novatek 1,813 1,585 14.4

9 Realtek 1,518 1,376 10.3

10 Diaog 1,443 1,343 6.6

ファブレス業界における勢力図に変化

https://www.sangyo-times.jp/scn/headindex.aspx?ID=1845

・最終アプリケーションの需要動向変化により、ファブレスメーカの成長力に大きな差

・スマホ中心の事業構造から抜け出せない Qualcomm や MediaTek などは近年、売上高 ベースでの成長が鈍化傾向

・一方、ディープラーニング／ AI や自動運転分野で頭角を現してきた NVIDIA が急成長

・ AMD は MPU と GPU が好調で業績回復。 GPU は仮想通貨マイニング特需 ファブレス主要各社の成長率（対前年比）

成 長率

(%)

NVIDIA

MediaTek

30

専業ファウンドリ業界の

2017

2018

(

:

)

https://news.mynavi.jp/article/20190115-755276/

２０ １７ 年

２０ １８ 年

増減率

Americas China Asia-Pacific Europe Japan

ファウンドリシェア： 50% 近くのシェアを抑える TSMC

TSMC 強し

・

2018

Samsung

577

5.3%

・ファウンドリの地域国別では中国向けの成長率が高い。前年比41%増。中国以外は横ばい

・2019年4-6月期のファウンドリシェア（Samsung含む）は、TSMCが1位で49.2%シェア

・Samsungのシェアが上昇し18%確保。ただしSamsungのシェアには社内向けSoC分（約40%) を含むため、純粋なファウンドリシェアとしてはTSMCが50%シェアを超える。

ファウンドリシェア ₂₀₁₉ 年 2Q 市場： 153 億ﾄﾞﾙ

TSMC 49.2%

Smsung 18%

GF 8.7%

UMC 7.6%

他

SMIC 5.1%

Tower Jazz 2%

この内約4割が内部取引

2019.6

31

ファウンドリに特化する TSMC 戦略

http://eetimes.jp/ee/articles/1809/13/news093.html

・ TSMC は 2018 年 1200 万枚（ 300mm ウェハ換算）のウェハを生産（ 481 ユーザに 10,436 品種）

・ 0.5μm のレガシープロセスから 7nm 先端プロセスまで幅広く提供

売り上げの 25% が先端 7nm プロセス。この 7nm プロセスの 75% を Apple が活用

・ 2019 年は 7nm+ プロセスで iPone11(A13 プロセッサ）に使用。 2019 年 5 月から量産開始

・プロセス以外に設計環境や 3D 実装技術など幅広く提供

緑：開発中

Logicは0.5μ～5nmまで提供

TSMC 提供プロセス ^TSMC ₂₀₁₈

_7nm

Apple 75%

仮想通貨用

Huawei スマホ用

32 自社製品は一切やらない

中国半導体動向と

半導体アプリケーション市場の変化

33

中国、半導体育成は本気

週刊東洋経済2017.5.27

・これまで中国半導体事業は外資中心

・ファブレスは成長してきたが、ファウンドリは 期待通りに成長できていない

・国策でメモリ中心に巨大ファブ計画多数

・巨大ファブ建設以外に、後工程、ファブレス 設計技術、製造装置、材料

の強化や国産化にも注力する国家戦略 中国半導体

34

脅威的、中国ファブレスメーカーの成長

・中国のファブレスメーカー数は、 2000 年ころまではわずか 100 社

・ 2001 年～ 2004 年には、一気に 470 社へ増加。

・

2010 年代に入り 2012 年にはファブレス企業の数は 500 社を超え、

2014 年には 600 社を超えた。 2015 年には 700 社を超える。

・ 2016 年には起業ブームが一気に沸き起こり、ファブレス企業の数は 1,300 社を超えた。

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1117432.html

まずはファブレスが成長

ファ ブレ ス企 業数

中国におけるファブレス企業数 ^{2016 年}

1,362 社

35

中国ファブレス (Hisilicon) の設計力は極めて高い

Huawei Mate 20 X (5G) 5G 対応スマホ

日経ビジネス2019.9.9

中国 Huawei グループのファブレス IC 企業 Hisilicon は 90% が Huawei 向け。

5G 対応したスマートフォン Huawei Mate20X(5G) では、 19 個の Hisilicon 製チップ搭載

Kirin980 ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾌﾟﾛｾｯｻ

・

7nm

(TSMC

・

69

・

8

CPU

・

AI

Balong5000 5G

・

7nm

(TSMC)

・

9.8x8.7=86mm

一部

RF

Hisilicons

2019 年 8 月 16 日 中国にて販売開始

36

中国半導体：メモリ中心とした巨大ファブ建設計画

中国での半導体投資 2020 年までの 5 年間で 5 兆円。

中国企業によるファブ建設

・XMCが総額240億ドル投じ、巨大メモリファブ建設中（DRAM,NAND)

・ﾌｧﾝﾄﾞﾘSMICが北京に先端（IMEC14nm技術)ファブ建設中

・紫光集団が総額300億ドル投じて、メモリ生産乗り出す方針

・合肥市が8000億円投じDRAMファブ検討

技術はサイノキング（もとエルピーダ坂本社長が起業した会社）が提供 海外半導体企業による中国内ファブ建設

・Intel：大連ファブを35億ドルでメモリ用に転換

・Samsung：西安に巨大メモリ工場

・SK-Hynix：無錫に巨大メモリ工場（DRAM量産）

・TSMC：南京にファンドリ用ファブ予定

・UMC：福建省にファンドリ用ファブ建設中

・GF：重慶市に人民政府と合弁でファブ

・中国の合肥市と連携してDRAMの生産 課題：

・半導体量産製造技術や人材

・米国政府が中国企業による買収を阻止

・米中貿易戦争の影響

中国では26棟の量 産ファブが2017年に 建設着工

http://eetimes.jp/ee/articles/1803/14/news066.html

ファブレスの次が巨大メモリファブ

中国の習近平国家主席 肝いりの産業政策

「中国製造 2025 」 の 1 丁目 1 番地は、

「中国半導体産業の強化」

37

2019 年中国半導体の現状

・ファブレス ( 設計）技術は極めて向上（ Hisilicon のスマホ用先端 SoC など）

チップ製造は台湾 TSMC の先端プロセス (7nm) 活用

・中国ファウンドリー最大手（ SMIC) は 10nm 代先端プロセス導入できず。 20nm 世代品まで

・大規模メモリ (DRAM や NAND) ファブは、米国との貿易摩擦 / 技術覇権争いで計画大幅遅れ。

先端製造装置や技術導入が困難へ。また製造装置技術者の退去など。

・国策で推進しているメモリファブは 2019 年 1Q 現在、ほとんど立ち上がっていない

https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/column/18/00001/02589/

生産 月産ウェハ製造数

企業 品目 月産目標 2019年1Q結果 2020年末予測

CXMT DRAM 60万枚 0 3万5000

Unis南京 DRAM/NAND 30万 0 3万

YMTC NAND 30万 5000 3万

38

https://news.mynavi.jp/article/20181219-semicon2018_ihs/

エレクトロニクス製品市場予測

(

(

市 場 額

エレクトロニクス産業の牽引役の変化

39 エレクトロニクス産業の市場規模と用途別売上高比率の

2001

2025

「これまでエレクトロニクス産業をけん引してきた

PC

(

)

半導体の牽引役がPCやスマホから車載、産業機器にシフトしてきたことによる半導体への影響はすで に始まっている。

半導体アプリケーション市場変化

IoT ４つの工程に半導体が不可欠

IoT は、現実空間（フィジカル空間）とサイバー空間を 4 つの工程で繋ぐ。

センシング工程、デジタル化工程、ビッグデータ解析工程、フィードバック工程

図 日経ビジネス2016.4.25

モノ

IoT 端末 IoT 端末

（無線）

「モノ」の状態をモニタ、センス データを端末側で

デジタル化し、

無線でデータ転送

クラウドで

AI

フィジカル空間 デジタル空間

クラウドで

したデー タを端末に送信し、アク チェータでモノにフィー ドバック

データセンタ用半導体

AI プロセッサ メモリー (SSD)

各種センサー アクチュエータ IoT 端末用

SoC

エッジｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞ 無線 (BLE,LPWA)

必要とする 半導体

40

AI 時代、プロセッサの自社開発が盛んに

ＡＩ専用チップ

TPU3.0

http://eetimes.jp/ee/articles/1805/11/news079_2.html

Edge TPU

Edge TPUは、顧客が Google Cloud

Platform(GCP)の学習済み モデルをEdge TPUハード ウェアアクセラレータ経由し、

自身のデバイスで運用でき る

Gogle が AI 用プロセッサ (TPU) を自社開発

テンソルプロセッサユニット

ウェハスケール AI プロセッサ

Wafer Scale Engine は、 20cm × 22cm サイ ズで、 1 兆 2000 億個のトランジスタ搭載

https://gigazine.net/news/20190820-wafer-scale-engine/

IoT のキー半導体 1

41

5G スマホ、 2023 年には 5 億台超に

日経2019.4.11

IoT のキー半導体 2

・ 5G 通信網は IoT に不可欠なインフラであり、かつ IoT 端末となる

・ 5G の本格普及が半導体市場を押し上げる

42

5G

5億台

車載半導体市場

・自動車に搭載される半導体需要は、 EV よりも自動運転車の方がはるかに大きい。

・車 1 台当たりの半導体搭載額は、ガソリン車は 220 ドル、 EV は 400 ドル、 HEV は 480 ドル 自動運転レベル 3 の車両は 800 ドル

車載半導体市場推移

パワートレイン

先進運転支援システム

ボディ

シャーシや安全

情報関連

http://eetimes.jp/ee/articles/1712/14/news027.html

IoT のキー半導体 3

43

先進テクノロジーのハイプサイクル2019年版

Hype Cycle for Emerging Technologies

2019年8月

時間 生産性の安定期

(安定期）

啓蒙活動

（回復期）

幻滅期

（反動期）

黎明期 「過度な期待」

のピーク期

(流行期） https://www.gartner.com/jp/newsroom/press-releases/pr-20190830

期待度

ハイプサイクルとは、話題や評判が先行する新技術が実際に普及するまでの間、

その期待度が時間経過とともに、どのように変化するかを示した図（調査会社

Gartner

典型的なハイプサイクルには、「黎明期」「流行期」「反動期」「回復期」「安定期」の5段階がある

2019 年版で期待度大きいもの

・ 5G が期待のピーク

・ AI/IoT 関連の期待が強い

・完全自動運転（レベル 5 ）

44

半導体技術動向概要

45

先端ロジックプロセスは 5nm 世代へ突入

・ Intel の 10nm （他社 7nm 相当）以降微細化遅延繰り返し。 TSMC の微細化は順調。

・ 2019 年量産は第 2 世代 7nm+ プロセス。 2020 年に 5nm プロセス量産へ

・ 5nm 世代では EUV が一部プロセスに使用（ただし EUV はいまだ開発途上）

Samsung が特に EUV に積極的。 TSMC は慎重（最低限の使用にとどめる）

DRAM は微細限界

・プロセス 1X,1Y,1Z 世代と微細化しているが 1 世代が 1nm 刻み。１ Z （ 16nm) が量産開始

・現状の 16bit から 32Gbit 化はかなりむつかしい。 16Gbit と次は 24Gbit との予測も

・ DRAM はセルキャパシタの微細化が極めて難しい

NAND は東芝が開発したチップ内 3D NAND 技術で大容量化問題をブレークスルー

・ 96 層の多層化 3D NAND が製品化され 1 チップ 512GBit 品が量産。 1Tbit 品も開発

・ 3D NAND で 500 層の多層化が見えてきた。

ポスト DRAM/NAND(SCM) は難儀している (ReRAM,STT MRAM,Xpoint メモリなど）

Storage class Memory

微細化ロードマップ

46

2018.11

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1165543.html

1X:18nm 1Y:17nm 1Z:16nm

EUV

EUV使用開始

多層化数

Logic数字は世代名称 HP(ﾊｰﾌﾋﾟｯﾁ）相当ではない

DRAMは HP相当

2019 年現在の先端量産プロセス

・ Logic は第 2 世代 7nm+ プロセスで量産。（ 2020 年 EUV 本格使用し 5nm 世代へ）

・ DRAM は 1Y(17nm ）から 1Z(16nm) プロセス

・ NAND は 3D NAND で、 96 層から 128 層世代

ASML資料

Intel10nm プロセスの度重なる遅れ

47

・ Intel の 10nm は他社の 7nm プロセス相当

・ Intel は微細化配線プロセスで苦労しているとの指摘

微細化により

Cu

Cu

Co

新たな

Co

・ TSMC や Samsung は IBM が開発した配線技術を用い 問題をクリアしているらしい

https://eetimes.jp/ee/articles/1902/18/news024_2.html

Intel 10nm 断面

FinFET Cu 配線の微細化とともに抵抗値が増大

バルク抵抗

Cuグレインに よる散乱 サイドウォールによる散乱

粒子による散乱 側壁による散乱

EUV 露光装置

48

・装置価格は 1 台 150 億円以上と極めて高価

・現状でも技術課題が多い

5nm,3nm

NA

逆に光学系やレチクルの寿命問題

マスク検査技術（装置）などの周辺技術対応

次世代 EUV では光 学系の高 NA 化が 必要で , レンズや光 学系の大型化が必 要となる

EUV 光学系の概要 ASML のみが装置提供

EUV 光源

反射型マスク

反射光学系

光学系は真空内

EUV 露光 ArF 露光

DRAM の微細化限界

Imec IEDM 2018 49

10 年前 (25fF) からセル容量は 30% 程度に減少

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1156988.html

微細化 DRAM 構造 (6F2)

大容量

/

DRAM

・高密度キャパシタの微細化限界

DRAM

ArF

・高誘電率キャパシタ材料と微細化

・周辺

CMOS

HKMG

FinFET

・キャパシタ構造の見直し（シリンダからピラー型へ）

キャパシタプロセスでのアスペクト比増加

(50

80

・高アスペクト比のプロセス困難化

DRAM Node

項目 D16 pillar D14 pillar D12 pillar セル容量

8fF 6fF 6fF

CD 26nm 19nm 13nm

Pitch 50nm 43nm 37nm

この微細化が難しい

高密集キャパシタ

CD

Pitch

ｷｬﾊﾟｼﾀ

3D NAND で驚異的な大容量化へ邁進

50

・大手NAND3社（Samsung,東芝、Micron)は3D NANDの技術改題克服し歩留まり向上

・多値化 (TLC から QLC へ ) また高階層化 (90 層以上）により１チップ 1Tbit 量産へ

・ついに 2023 年には QLC 多値化 +512 層で 8Tbit/ チップへのロードマップが示された

512層8Tbitチップを薄化

・16枚積層16TB

・これを16個2.5ｲﾝﾁSSD に実装すると

256TB

3D NAND 構造

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1139321.ht ml

64層化するのに 32層x2に分けて行う

NANDは3D化で微細化問題をブレークスルーした

ポスト DRAM 本命が見えず

51 DRAM微細化＆大容量化

・

2018

8

DRAM

Samsung

10nm

15-16nm

現状容量は8GBit,16Gbitで停滞。これ以上の微細化は難しい

・ポスト

DRAM

MRAM/STT MRAM,ReRAM,PCM,FeRAM

/

・注目を浴びたIntel+Micronの3D Xpointメモリ(128Gbit 20nmﾌﾟﾛｾｽも苦難の様子

https://news.mynavi.jp/photo/article/moore-2/images/007l.jpg

3D化で

1Tbitへ 128Gbit

16Gbit 16TB

Word線とBit線の交点

（ｸﾛｽﾎﾟｲﾝﾄ）にメモリセ ル形成。3D化が容易 クロスポイントメモリー

まとめ

52

市場関連：

・ 2017 ～ 2018 年半導体市場は好調だった。しかし 2019 年大きくダウン（特にメモリ市場）

2019 年 3Q に底を打ったとの推測も

・半導体市場を牽引してきたスマホ市場に陰り

・日本半導体企業が Top10 から消える

・ファブレス企業の浮き沈みが激しい

・ファウンドリ市場では TSMC が強さ発揮

・米中摩擦により中国半導体の国策化が大きく打撃

・半導体市場のポストスマホは IoT/AI 関連期待 技術関連：

・半導体微細化行き詰まり

・ SoC 微細化は EUV 期待が大きいが抱える技術＆コスト問題も多い

・ NAND 大容量化は 3D NAND 技術でブレークスルーした

・ DRAM の大容量化（微細化）が行き詰まり

・ポスト NAND/DRAM はなかなか浮上できず