TSMC 7nm プロセス量産開始

TSMC の 7nm（N7）は、台湾積体電路製造（TSMC）が2018年に量産を始めた半導体の製造工程（プロセスノード）である。TSMC は自社サイトで、同社が2018年に 7nm FinFET の量産を始めた最初のファウンドリ（受託製造会社）だとしている。2018年の 20-F 年次報告書によれば、同年の 7nm の売上は TSMC のウェハ売上全体の9%に達した。最初期の量産採用例が、2018年9月21日に日本を含む第一陣の国で発売された iPhone XS の Apple A12 Bionic である。

ここで最初に押さえておくべきことがある。「7nm」はノードの呼び名であって、チップ上のどこかを測ると7ナノメートルになるわけではない。IEEE Spectrum の2020年の記事は、7nm のトランジスタの重要な寸法の大半は7nm よりかなり大きく、名前と物理的な実態のずれは約20年続いていると指摘している。

2018年に何が起きたか

TSMC の 2018年 20-F は、この年の進展を3つにまとめている。7nm の量産開始、その改良版である 7nm Plus（N7+）の研究開発から製造への移管、そして2019年のリスク生産に向けた 5nm の開発継続である。

N7+ は、2019年10月の TSMC の発表によれば、極端紫外線（EUV）露光を使う工程として初めて顧客の製品を大量に市場へ届けた。量産開始は2019年第2四半期で、N7 に比べ15〜20%高い密度と改善された消費電力をうたう。つまり2018年の N7 自体は EUV を使わない工程であり、EUV が量産に入ったのは翌年の N7+ からである。

2018年の TSMC の顧客 ── 本社所在地別の売上

20-F は、顧客の本社がある国・地域で分けた売上高も示している。7nm に限らない会社全体の数字だが、2018年は北米が61.8%と過半を占め、中国が17.0%、日本は5.6%だった。

同じ報告書によれば、2018年の設備投資は主に 7nm と 5nm の生産能力の導入・拡張に向けられ、中部科学園区の Fab 15 の建屋拡張と、南部科学園区での Fab 18 の新設が並んでいた。7nm は売上の9%にすぎない新しい工程だったが、投資の中心はすでにそこへ移っていた。

Apple A12 Bionic ── スマートフォンの 7nm

2018年9月12日、Apple は iPhone XS と XS Max を発表し、A12 Bionic を「the first 7-nanometer chip ever in a smartphone」と紹介した。予約は9月14日、発売は9月21日で、日本は発売初日の国に含まれている。

Apple は製造元を公表していない。TSMC が A12 を製造したことを示すのは、分解解析会社 TechInsights の報告である。同社は A12 を TSMC の 7nm FinFET で製造されたチップとし、続く報告でダイ面積を 83.27mm² とした。Motley Fool の記事は、69億トランジスタを載せた A12 が、43億トランジスタだった前年の A11（87.66mm²）より小さいと指摘している。

Apple は A12 の高性能コアが最大15%速く、高効率コアは最大50%効率的、GPU は最大50%速いとも述べているが、いずれも Apple 自身の比較である。

競合の脱落と遅れ

2018年は、最先端のロジック製造を担える会社の数が減った年でもある。

GlobalFoundries の撤退。 2018年8月、GlobalFoundries は 7nm FinFET の開発計画を無期限に保留すると発表した。bit-tech の報道によれば、同社の主要顧客だった AMD は、7nm の製品群を TSMC の 7nm に集中させると表明した。

Intel の 10nm の遅れ。 2018年7月の決算説明で、暫定 CEO を務めていた Bob Swan は、10nm を載せたシステムが店頭に並ぶのは2019年のホリデーシーズンになると述べた。bit-tech は、Intel の 10nm が当初2015年に予定されていたと書いている。Intel の 10nm と TSMC の 7nm は名前の数字が違うが、上で見たとおりノード名どうしを数字で比べることに意味は乏しい。

TSMC の顧客名簿には、20-F の時点で AMD、NVIDIA、Qualcomm、MediaTek、さらに Intel までが並んでいる。

その後のノード

TSMC は 7nm の次に N7+、N6、N5 と工程を進めた。2019年10月の発表は、N6 を2020年第1四半期にリスク生産へ入れ、同年末までに量産へ移すと予告している。2022年に NVIDIA が発表したデータセンター GPU H100 は、TSMC の 4N で作られている。Apple の Mac が自社設計のチップに移った2020年の M1 も参照。

iPhone 側の物語は iPhone XS / XR に、製造の背景となる経験則は ムーアの法則 にある。同時代の部品は ハードウェアの年表 を参照。