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トレンドフォースが2023年のテクノロジー業界10のトレンドを公開

市場調査会社のトレンドフォース(TrendForce)が、2023年にテクノロジー業界で大きく話題になると思われる10のトレンドを公開した。

詳細は後述するが、一覧としては以下の通りとなる。

  • GAAFET、3nmプロセスを初めとした先端ファウンドリプロセスが大きく変わる
  • 第3世代の車載用半導体
  • 新世代のDRAM、200層以上のNANDフラッシュ
  • 車載用MLCC開発
  • EVへの移行が加速
  • 中国によるAMOLED(有機EL)パネルの生産拡大
  • マイクロLEDディスプレイの普及が加速
  • 5Gスマートフォンが60%を占めることに
  • AR/VRデバイスの普及が加速
  • 5G FWAの大規模商用利用が加速

先端ファウンドリプロセスはトランジスタ構造の移行期を迎え、成熟したプロセスは多様な専門的開発に注力

2023年には、サムスン・ファウンドリ(Samsung Faundry)、TSMC共に3nm世代の先端プロセスでの製造を開始する。

ただしトランジスタ構造については両社で差があり、TSMCはFinFET構造を維持し続けるが、サムスンは既に製造を開始しているように、3nm世代では他社に先んじて、GAAFETベースのMBCFETアーキテクチャ(Multi-Bridge Channel Field-Effect Transistor)の導入を開始し量産を行うと見られる。

サムスン3nmMBCFETの第1世代の製品は暗号通貨マイニングチップだが、2023年には、サムスンは第2世代の3nmプロセスに注力し、スマートフォン用SoCの量産を目指す。両社とも、高性能コンピューティングとスマートフォンのプラットフォームは、性能向上、低消費電力化、チップ面積の縮小などの要求が高いため、3nm量産化の初期段階での注力に変わりはない。

28nm以上の成熟したプロセスでは、ファウンドリは特殊プロセスの開発の多角化に注力し、ロジックプロセスからHV(High Voltage)、アナログ、ミックスシグナル、eNVM、BCD、RFなどの技術プラットフォームを開発している。これらを用いて、スマートフォン、家電、高性能コンピューティング、自動車、産業用コンピューティングの分野で必要とされる電源管理IC、ドライバIC、マイクロコントローラ(MCU)、RF(Radio Frequency)などの周辺ICを専門的に生産している。5G通信、ハイパフォーマンスコンピューティング、新エネルギー自動車、カーエレクトロニクスなど、特殊な半導体部品の消費が増加する傾向にあり、各分野で求められる特殊性を実現するために、多様な専用プロセスによるサポートが不可欠となっている

開発動向は車載用IC設計に集中、第3世代半導体の台頭も目立つ

世界の自動車産業はC-A-S-Eへと移行しており、車載用半導体の需要は旺盛だ。

車載用半導体は、大きく分けてIDMとファブレスの2つのカテゴリーに分けられる。伝統的な自動車用チップサプライヤーであるIDMは、様々なECUをかなり完全に取り揃えており、従来の分散型アーキテクチャからドメインコントロールユニット(DCU)やゾーンコントロールユニット(ZCU)アーキテクチャへと徐々に進化を遂げてきた。一方、ファブレスは、車載用高性能コンピューティングの分野に引き続き注力し、車載用テレマティクスシステムや自動運転コンピューティング用SoCを開発している。

車載用ECUは、機能の複雑化により、32ビットMCUタイプが市場の主流となっている。2023年には普及率が60%を超え、市場規模は74億米ドルに達し、28nm以下のプロセスに向かって発展していくと予想される。また、自動運転車には高性能コンピューティングAI SoCが必要であり、5nm以下の先端プロセスでコンピューティングパワーが1,000TOPSに達する製品へと発展し続け、MCUとともに世界の自動車産業の高度化を加速させるだろう。

800V の自動車用電気駆動システム、高電圧 DC 充電杭、高効率グリーンデータセンターの急増に伴い、SiC と GaN パワーコンポーネントは急速な発展段階を迎えている。TrendForceは、2022年から2026年にかけて、SiCとGaNパワーデバイス市場の複合年間成長率はそれぞれ35%と61%に達すると予測している。電気自動車の急速充電や動力性能の向上に対する要求が高まる中、2023年に向けて自動車メーカーが主要インバータにSiC技術を追加導入することが予想され、その中でも高信頼性、高性能、低コストのSiC MOSFETが競争の焦点になると考えられる。

GaNは低電力民生用電子機器用途のレッドオーシャン市場に参入し、サムスンは2022年に初の45W GaN急速充電器を発売し、再び市場の熱気を高めている。技術とサプライチェーンの成熟が進み、コストが下がるにつれ、GaNパワーコンポーネントは、中・大電力エネルギー貯蔵、データセンター、家庭用マイクロインバータ、通信基地局、自動車などに拡大している。EUの厳しいエネルギー効率要求や中国の東西データセンター計画を背景に、データセンターの電源メーカーやサーバーメーカーはGaN技術の重要性を明確に把握している。2023年にはGaNパワー・コンポーネントが大規模にリリースされる予定だ。

新世代のDRAMが本格化、200層以上のNANDフラッシュ開発も加速

DRAMについては、企業のデジタル変革の加速に伴い、サーバーの出荷がデータセンターに集中するようになっただけでなく、CXL仕様のモジュールを中心に新しいタイプのメモリモジュールがまとまりつつある。サーバシステムのRDIMMスロット数は限られているため、CXLを使用することで、高速演算を行う際に装置全体でこの制限を回避し、システムで使用できるDRAM量を増加させることができる。2023年には、Intel Sapphire RapidsやAMD GenoaなどのサーバーCPUがCXL 1.0に対応するだけでなく、DRAMモジュールにもDDR5が採用されるようになる。さらに、AIやML(機械学習)の演算を効率的に実行するために、一部のサーバーGPUでは新世代のHBM3仕様が導入される予定だ。したがって、メモリメーカーと多数のxPUプロバイダーによる計画の中で、新世代のメモリが徐々に組織化され、2023年には市場シェアを獲得すると予想される。

NANDフラッシュに関しては、2023年に積層数が加速し、4つのサプライヤーが200層以上の技術に移行すると予想される。また、PLC(ペンタ・レベル・セル)の量産を行うメーカーも出てきており、将来的に台数の増加がさらに最適化され、サーバーのHDDアプリケーションを置き換えるきっかけになることを期待する。SSDの転送インターフェースでは、2023年にIntel Sapphire RapidsとAMD Genoaが量産されることで、エンタープライズSSDはPCIe 5.0転送に対応し、転送速度が32GT/sとマニファクチャリングに向上し、AI/MLなどの高速演算ニーズに活用され、エンタープライズSSDの平均容量が急速に増大する要因にもなると考えられる。

アシストドライブの普及率上昇で加速する車載用MLCC開発

現在、先進運転支援システム(ADAS)が徐々に新車に標準装備されつつある。現段階ではL1/L2が主流であり、約1,800~2,200個の車載用MLCCが使用されている。半導体IDMが開発したADAS専用MCUやセンサーICなどが成熟してくると、2023年以降、L3レベルのADASシステムが多くの高級車メーカーが求めるアップグレードの中心となり、MLCCの消費量は3000~3500個に跳ね上がると予想されている。MLCC の中でも 0402 サイズは、車載用サイドモニタモジュールの限られたスペースに収まるサイズであり、主なアプリケーションのサイズ仕様となっている。

電気自動車のパワーコアは、消費者のバッテリー寿命の改善要求に応え、充放電効率や電力回収システムの最適化を図るため、各自動車メーカーにとって主要な研究開発の優先事項の一つとなっている。インバータ、バッテリー管理システム、DCパワーコンバータの3つのサブシステムは、車の魂を構成し、約2,000~2,500個の高容量(10u以上)、高温(X7S/R)車載用MLCCが使用されている。日本メーカーの村田製作所は、2022年初頭に22u 16Vに達する高容量・高電圧の1206サイズの車載用新製品を正式に量産化した。TDK、太陽誘電、サムスン、ヤゲオなどの企業も積極的に市場投入を急いでいる。

カーボンニュートラルで加速するEV移行、補助金削減でコスト問題が顕在化し電池争奪戦が激化

ロシア・ウクライナ戦争が始まってから、自動車製造に必要なさまざまな原材料が高騰している。特に、電池関連の原材料費が大幅に上昇し、自動車の定価にすぐに転嫁された。2年続いた車載用半導体の供給不足と相まって、サプライチェーンの強靭性、弾力性、安定性の強化は自動車メーカーにとって最重要課題となっている。自動車メーカーは、電池のサプライチェーンを短縮し、サプライチェーンの解体を避けたいと考えている。各国は、政治的な配慮から、電池サプライチェーンの現地化を積極的に進めている。一方では優遇的な投資条件を提案し、他方では自動車部品の一定割合の現地化を要求するなど、ニンジンと棒のような形で電池工場の誘致を行い、世界中に投資させている。電気自動車に対する自動車購入補助の削減・中止が相次ぐ中、コスト問題が再浮上している。安全性や性能を考慮しつつ、コスト競争力のあるモデルを生産する必要があるため、電池開発は必至であり、統一、多様化、統合へと発展していくことが予想される。電池の組み立てを統一することで、電池の生産管理を強化し、共通性を向上させる。車種に応じた電池の使い分けにより、供給リスクの分散とコスト低減を図る。CTP(Cell to Pack)、CTC(Cell to Chassis)などの高集積化による設計統合により、電池とシャーシのモジュール性を向上させる。

一方、ネット・ゼロ・カーボン・エミッションという世界的な目標に後押しされ、電気自動車の心臓部であるパワーバッテリーの需要が急速に高まり、関連企業は生産能力の拡大を加速している。2023年には、世界の電力用電池の生産能力はTWh(テラワット時、100万メガワット時)の基準を超え、生産額は1200億米ドルに近づくと予想されている。現在、電力電池産業チェーンの急速な拡大は、リチウム、コバルト、ニッケルなどの前衛的な鉱物資源の拡大サイクルに制約され、その結果、近年の電力電池製造のコストが上昇しています。費用対効果に優れるリン酸鉄リチウム電池の世界市場シェアは、2023年には三次電池を上回ると予想される。

生産能力と技術を確保、中国パネルメーカーが小型AMOLED市場で影響力拡大

中国のフレキシブルAMOLEDの生産能力が徐々に拡大され、小型携帯電話市場の発展が徐々に影響力を強めている。韓国のパネルメーカーやブランドは、以前はフラッグシップ志向の折りたたみ式携帯電話市場の主要リード企業だった。しかし、中国国内の携帯電話ブランドが相次いで折りたたみ式携帯電話を発売するようになり、中国のパネルメーカーが生産する折りたたみ式AMOLEDパネルにチャンスが巡ってきた。サプライチェーンの現地化戦略を採用し、中国現地の携帯電話ブランドは、中国のパネル工場から調達した折りたたみ式AMOLEDパネルの使用を徐々に拡大する見込みである。巨大なフレキシブルAMOLEDの生産能力を削減するため、パネルメーカーは積極的にコスト最適化を進めている。AMOLEDドライバーICは、コスト削減のためにRAMレス構造に転換されるとみられる。フレキシブルAMOLEDパネルの構造調整により、一部のフレキシブルAMOLEDパネル製品のコストと価格は、標準的なリジッドAMOLEDパネルと同等になり、市場の割合が高い中級モデル向けとなる見込みである。

もう一つの中型市場はノートパソコンである。AMOLEDノートPCは、2022年にはノートPC市場全体の約1.2%、2023年には約1.7%を占めると予測される。AMOLEDパネルの中型市場開拓を加速させる決定的な鍵は、AppleがiPadやMacbookシリーズでAMOLEDパネルの採用を検討し始めたことから、Appleの今後の製品計画にかかっている。既存のAMOLEDパネルは、現在まだ第6世代であるため、生産ラインの大きさに制約があり、切断効率の面であまり経済的でない。また、ノートPCの寿命は一般的な携帯電話よりも長い。現在のAMOLEDパネル構造では寿命に疑問があるため、Tandem(2層発光)構造の開発に至った。パネル製造会社は今後1-2年間、既存の生産能力と技術で中型ノートブック製品の開発に引き続き力を入れると予想され、これは将来の大型世代能力開発の基礎になると見られる。同時に、8.5世代RGB蒸着AMOLEDの生産能力および技術に関連した議論と計画も行われる予定である。

マイクロLEDの用途が拡大、テレビと車載ディスプレイがミニLEDバックライトの普及を牽引

2022年のMini LEDバックライト・ディスプレイの総出荷台数は、前年比74%増の約1,680万台となり、このうちTV向けがブランドによる投資を最も多く占めると予想される。その理由は主に3つある。まず、Mini LED技術は、LCDのコントラストを改善するための最適なソリューションだ。2つ目は、OLEDの生産能力に限りがあるため、2023年には薄型テレビの95%以上がLCD技術の使用を維持すると予想されることである。Mini LEDは、LCDテレビの仕様改善と製品の若返りに最適な道筋を提供する。最後に、中国メーカーはMini LED製品の川上、川中、川下への投資を積極的に行っている。数量による価格戦略により、メーカーはより高い費用対効果でMini LEDバックライトのTV市場への浸透を加速させることができる。Mini LED TVの出荷台数は、2023年には年間約13%増の440万台に達すると予測される。

車載用ディスプレイは、Mini LEDバックライト・アプリケーションのもう一つのインキュベーションの温床である。民生用ディスプレイと比較して、車載用ディスプレイは、輝度、コントラスト、信頼性に対する要求が高い。Mini LEDバックライトの関連特性は、運転の安全性を向上させるのに役立つ。また、新エネルギー車(NEV)では、より強力なディスプレイ効果が追求され、計器のデジタル化が進んでいるため、Mini LEDバックライトはNEVでの使用拡大が優先されると考えられる。2023年には、車載用Mini LEDディスプレイは年間約50%増の約30万台が出荷されると予測されている。

2023年にMicro LEDポストラージディスプレイの次の量産アプリケーションとして、高価格帯のフィットネストラッカーを起点にスマートウォッチ・ウェアラブルが登場する。今後は、Micro LEDとフレキシブルバックプレーンとの組み合わせが設計の中心となる。マイクロディスプレイを透明ARスマートグラスに応用する場合、5um以下の超小型マイクロLEDは、フルカラーソリューションや赤色光チップの外部量子効率などの難しい課題をまず克服しなければならないが、LED業界全体が構築した強固な技術基盤により、マイクロLEDマイクロディスプレイの開発を加速させる機会がある。

車載ディスプレイの開発では、マンマシンインターフェースとの相互作用のために構築された高度にインテリジェントな車内にドライバーが没頭できるように、大型、曲面、透明ディスプレイ、高いダイナミックコントラスト、あるいはより多くのセンシング部品の組み合わせによるインテリジェント機能を実現することが求められている。マイクロLEDは、ハイエンドな車載環境での応用に非常に適している。ヘッドアップディスプレイ(HUD)アプリケーションでは、HUDはダッシュボードとナビゲーションシステムの情報をフロントガラスに統合して投影し、ドライバーが下を向く機会を減らすことで、安全運転を目的としている。また、アクティブドライビングソリューションのマイクロLEDを透明なガラスバックプレーンに直接表示することで、HUD機能を実現することもできる。2023年は、関連メーカーが製品設計と検証を開始し、Micro LED自動車用スマートコックピットおよび透明ディスプレイの長期的な開発基盤を確立する重要な期間となる。

2023年に向けて、5Gスマートフォンの比率が60%に増加する見込み

スマートフォンの進化という観点では、これまでハードウェアのスペック向上に焦点が当てられてきた。しかし、近年のイノベーションの低下により、スマートフォンブランドは、映像アルゴリズムの分野で光学大手のツァイスやライカと提携し、決済や動画配信サービスを提供するなど、ソフトウェアアルゴリズムや周辺サービスの推進に力を入れている。この戦略はブランド間の差異を際立たせるだけでなく、周辺サービスを増やすことで収益面でもWin-Winとなる。2023年を展望すると、5Gスマートフォンの比率は正式に50%を超えると予想される。ディスプレイ技術の進歩により、OLED搭載の折りたたみ式携帯電話の普及率は2022年に1.1%に達すると予測される。スマートフォンブランドが次々とフラッグシップモデルの折りたたみ式端末を発売し、仕様の向上と価格競争力の強化により、2023年には普及率が1.8%に達すると予測される。インフレで消費マインドが低迷している市場に新風を吹き込み、折りたたみ式携帯電話を主流に押し上げるチャンスである。

AR/VR製品がグリーンプロダクションの基軸に、メタバース普及を加速

メタバースは、ブランドメーカーにAR/VR製品開発への投資を加速させ、2023年にはより多くの製品を市場に投入することを促すだろう。同時に、メーカーは各種Metaverseアプリケーションサービスを積極的に推進し、プラットフォームサービスを通じてAR/VRハードウェア市場の需要を促進し、その後ハードウェアデバイスが提供する仮想インタラクティブ体験を利用してMetaverseアプリケーションの利点を強化するものと思われる。コンシューマー市場では、メーカーはバーチャルコミュニティ、ゲーム、バーチャルキャラクター(VTuber)のライブストリーミングなどのアプリケーションに注力し、商業用の遠隔会議や遠隔教育では、Metaverseプラットフォームを通じて2D映像よりも多様なコミュニケーションとインタラクション機能を提供することができる。ユーザーがこれらのインタラクティブなエンターテイメント・アプリケーションを試した後、ビジュアルやマンマシンインタラクションに対する需要が徐々に高まっていくだろう。

したがって、メタバースは、マイクロOLED、MiniLED、パンケーキレンズなどの新しいディスプレイや光学部品の採用も推進する。また、操作性も本来のコントローラ構成から、画像認識やウェアラブルデバイス用途に発展し、人体データの解析による自然なマンマシンインターフェースを実現するために、画像センシングやMEMS部品の搭載が増える。この効果により、多くのメーカーが動作設計や解析アルゴリズムに関する技術開発や特許に投資している。また、AR/VRアプリケーションは、特に省エネや二酸化炭素削減といったグリーン産業の動向を考慮し、スマート製造、スマート交通、スマートシティにおいても重要な役割を果たすと考えられる。Metaverseプラットフォームの仮想シミュレーション機能は、製品設計や検査、生産ライン管理や試運転、交通シミュレーションや計画、都市施設の仮想ツアーなど、実世界でのテストや使用で発生する無駄を削減することができる。AIアプリケーションとコンピューティング性能に支えられたバーチャルシミュレーションは、企業や行政の運営コストを削減し、導入意欲を高めてメタバースの普及を加速させるだろう。

2023年に5G FWAの大規模商用利用が世界的に採用、家庭用ブロードバンドの普及を加速させる

5G FWAは、家庭やビジネスのアプリケーションをサポートし、より広帯域で低遅延の接続を提供できるため、固定ブロードバンド接続の代替手段となっている。現在、世界45以上の国と地域で83の事業者が3GPP準拠の5G FWAサービスを開始している。FWA事業者は、ネットワークの接続性とブロードエコシステム全体の将来の発展を確保しつつ、可能な限り低い総所有コスト(TCO)でデータを提供することが求められています。2023年、世界中の事業者がブロードバンド構築の開発に投資している。また、規制当局は有線接続に代わるものとしてワイヤレスを捉えている。事業者は、FWAサービスの展開拡大、ブロードバンドインターネットサービスの提供の加速、無線通信技術による伝送速度の向上も検討している。5G FWAサービスの展開には、市場投入までの時間短縮とコスト削減が含まれる。したがって、サービスプロバイダーは、5G技術を統合することにより、高速かつ低遅延のブロードバンドサービスをより短期間で提供することができるようになっている。また、複数の周波数帯の新しい周波数が提供され、家庭でも徐々に利用しやすくなっていることが、2023年の5G FWAの発展の原動力となるだろう。

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