Intelは2024年に再び半導体技術で最先端に立てるのか

かつて半導体分野で圧倒的な技術力を誇ったIntelは、過去5年間、TSMCやSamsungといった先進的なチップ製造企業に後れを取るまでに衰退してしまった。しかし、同社は復活を賭けて研究開発を進めており、2024年末に予定されているデスクトップおよびラップトップ用プロセッサ「Arrow Lake」において、2つの革新的な技術を導入し、業界初の2nmプロセスチップをリリースすることで、競合他社を追い越すことを目指している。

過去20年間で、Intelはトランジスタアーキテクチャの重要な変更をリードしてきたが、チップ生産においては近年混乱が目立っていた。2018年には、初の10nm CPUを予定通りに提供できず、1年遅れで製造が開始されるという状況が起きた。2020年には、7nmノード（Intel 4としてリブランドされた）の遅延が再び発生し、以来、同社は追いつくために努力を続けている。

Arrow Lakeで導入される「RibbonFET」と呼ばれる新たな技術は、現在のFinFET技術に取って代わるナノシートトランジスタである。現在主流のFinFETトランジスタは、トランジスタのゲートをチャネル領域の周りに3面で包むことで、低電力要件とより高いロジック回路密度をCPUに提供してきた。しかし、FinFETのサイズが縮小するにつれて、これらのデバイスはゲートが電流を制御する能力の限界に近づいている。Samsungの「Multi-Bridge-Channel FET」のようなナノシートトランジスタは、一般的に「GAA（Gate All Around）FET」とも呼ばれており、ゲートがチャネル領域を完全に囲むため、より良い制御を提供する。Intelは、今後登場するIntel 20A処理ノードにRibbonFETを導入することで、最大15％のエネルギー効率の向上が期待出来ると述べている。20Aの「A」はオングストロームを意味するが、「ナノメートル」と、Intelの最近の製品と同様に、製品内の特定の測定値を指すわけではなくなっている。

Intel 20Aノードで取り入れられる新しい電力供給方式の導入は、より大きな変更となる。同社が「PowerVia」と呼ぶこの方式は、一般的に「Back Side Power Delivery Network（BSPDN）：背面電力供給」と呼ばれている。電力線と信号線は異なる最適化が必要だ。電力線は低抵抗の太いワイヤーが最適であるのに対し、信号線は干渉を最小限に抑えるためにより多くのスペースが必要である。BSPDNは、ウェハーの反対側を使用し、電力と処理を分離する初めての試みとなる。

Intelは、これら2つの技術を同時に導入することを約5年前に決定した。これらのプロジェクトは通常、10年間のタイムラインで運営されるが、新しいトランジスタと電力供給ネットワークの実装に近づくにつれて、これらのタイムラインが交差することが明らかになった。そのため、競合他社に先んじて、次のノードで一方または他方を導入するのを待たずに、これらの技術を組み合わせることにした。これらは、2025年までに処理技術のリードを取り戻すというIntelの野心的な目標に向けた「重要な要素」と見なされている。

インテルの革新は、信頼できる生産とともに提供される必要があり、特に製造と製品グループを分離するファウンドリモデルへのビジネスのシフトを続ける中で、顧客を引き付け維持するためには重要となる。ファウンドリモデルでは、顧客が製造業者を信頼できることが不可欠だ。

Intelは、10nmノードで直面した遅延とセットバックを踏まえて、リスクを認識している。そのため、今後の20Aノードでリスクを軽減するために、Intelは現行のFinFETとPowerViaを組み合わせた内部ノードを追加した。2023年6月に発表されたテスト結果によると、PowerViaを単独で追加することで、6％の性能向上が見られた。この内部ステップにより、同社は背面電力供給をテストし、プロセスと設計の両面で問題に対処する機会を得ており、良い感触を持っているようだ。

一方、設計者は、PowerViaを使用してチップの背面に電力線を移動することで、インターコネクトラインとレイアウトを再考する必要がある。これは設計者にとっては大きな負担となるが、急激な学習曲線にもかかわらず、Intelは新しい技術の組み合わせから大きな利益を期待している。

Intelは、2024年上半期に20Aの製造準備が整うと予想している。TSMCは、2025年初頭にN2ナノシート技術を使用したチップの生産を開始する予定である。背面電力供給を備えたN2Pチップの生産は、2026年に開始される予定だ。Samsungは、2022年に3nmノードでナノシートトランジスタを導入したが、背面電力の実装に関する公式なタイムラインはまだ発表されていない。