原材料不足と高い技術的障壁がある中、チップ不足の危機はいつ緩和されるのでしょうか?

昨年 11 月、人民日報に「華中科技大学の中国チームが世界 EDA コンテストで優勝した」というニュースが掲載されました。このレポートは瞬く間に何万人もの読者の注目を集めた。米国による中国の関連技術の封鎖を背景に、今回のコンテストの結果はわが国のチップ分野の研究者に大きな勇気を与え、ハイエンドのチップ製造を自主的に達成することへの自信を高めた。

EDA賞状および関係者

出典：華中科技大学公式マイクロブログ

1. EDAとチップの関係

EDA は、電子設計自動化の略称で、描画ソフトウェア CAD による大規模集積回路チップの設計を指します。 「チップの母」として知られ、チップ設計を実現するための基礎となっています。今年の EDA コンテストのテーマは、チップ設計において非常に重要なレイアウトと配線の設計アルゴリズムの問​​題です。

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中国と米国の競争が激化する中、わが国は多くの分野、特にチップ分野の主要技術において危険に直面しています。我が国にとって、主要なチップ技術における独占を打破し、他者の支配を受けないようにすることが急務です。したがって、チップ設計ソフトウェアの独立した研究開発は、チップ分野のブレークスルーにとって大きな意義を持っています。

世界的な情報化の波は、インテリジェンス、ネットワーキング、デジタル化に向けた全体的な変革をもたらしています。 5G、AI、自動運転、クラウドコンピューティングなどの先端技術の活発な開発により、高性能チップに対する需要がますます高まっています。

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チップは、ストレージ、コンピューティング、ネットワーク、インテリジェンスに対する多次元の基盤サポートを提供し、デジタル アップグレードとスマートな相互接続のための強固な基盤を確立します。そのため、チップスは「工業食品」と呼ばれています。それらの技術的パフォーマンスと産業規模は、国の開発レベルと国際競争力を表します。

2. チップを作るのはなぜ難しいのでしょうか?

難しさ1：原材料

二酸化ケイ素を精製してウェーハを得るプロセスでは、生産炉、スライサーなどの装置が必要です。それぞれの装置には技術レベルで非常に高い要求があり、精製プロセスではシリコン単結晶の純度も極めて高くなければなりません。一般的に、10億個のシリコン原子の中に不純物原子は1個しか存在しません。

単結晶シリコンウエハ

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難しさ2：高性能リソグラフィーマシンは入手困難

ハイエンドのリソグラフィー装置の製造には、光源とレンズという 2 つの難しさがあります。光源の役割はシリコンウエハー上に回路図を刻むことです。各コンポーネントがわずか数ナノメートル離れている場合、光源の波長は描画できるほど短くする必要があります。このような光源を製造するには、波長13.5ナノメートルの極端紫外線が必要ですが、その生成と制御は困難です。

極端紫外線リソグラフィー装置内部の光源

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レンズはリソグラフィー装置の核となる部分です。その機能は光の経路を調整し、焦点を合わせることです。このチップはレンズの精度に対して極めて高い要求があり、ミラー表面は 50 ピコメートルに達するほど滑らかである必要があります。1 メートルは 1 兆ピコメートルに相当します。

難しさ3: 高い技術的障壁と大きな生産リスク

チップ製造には多くの実践とアプリケーションのフィードバックが必要ですが、機器の購入や研究室の構築など、チップ生産の初期段階はコストがかかり、リスクが大きすぎます。私の国のチップ産業は基盤が弱く、下流産業には基本的に安定したサプライヤーがいます。下流産業では、品質管理の観点から上流サプライヤーの代替は一般的に行われず、その結果、上流サプライヤーの危機意識が弱くなります。

企業にとって、チップ製造の初期コストは莫大であり、後期段階では歩留まり率などの他の供給問題にも直面する可能性があり、試行錯誤の機会が少なくなり、技術の蓄積が困難になります。技術的な経験の蓄積がなければ、実践の盲点は悪化するでしょう。

3. 中国製チップの現状

チップは情報化時代の礎であり、将来の技術の重要な保証です。しかし、我が国のハイエンドチップに対する海外への依存度は非常に高く、輸入チップの年間支出額は3,000億ドルにも上ります。中国は長年、ハイエンドチップの開発を国家戦略として位置付けてきたが、現在の緊張した米中関係の下ではシリコンベースの半導体開発は困難であり、その大部分は依然として中低価格帯の製造リンクに集中している。現在はハイエンドの方向に進んでいますが、まだまだ道のりは長いです。

チップ製造には、設計、製造、パッケージングとテストという 3 つの主要なプロセスがあります。私の国は基本的なパッケージングとテストに関しては一定の能力を持っていますが、設計と製造のつながりと最高の技術基準の間には依然として大きなギャップがあります。

現在、我が国の低中性能チップは量産化できていますが、高性能チップに関しては、国際レベルに追いつくにはまだ長い道のりがあります。我が国のハイエンドチップ研究開発の現状は、短期間で変えることはできず、忍耐が必要です。

さらに、ハイエンドチップの急速な発展は、世界的な分業と協力の成果である電子情報技術の急速な発展を推進しました。脱グローバリゼーションの流れは必然的にチップ不足につながり、世界各国の情報関連産業の健全な発展を脅かすことになる。