インテル、IDM2.0戦略の概要：最先端ノード、アウトソーシング、ファウンドリーサービス

インテルは火曜日、IDM 2.0と呼ばれる将来のビジョンを明らかにしました。これは、同社のIDM（Integrated Device Manufacturing）モデルを進化させ、アウトソーシングとファウンドリーサービスという対照的な2つの要素を混ぜ合わせたものです。

インテルは、自社での製造をあきらめず、プロセス技術のリーダーシップを取り戻すために必要なことはすべて行います。さらに、米国と欧州で生産能力を増強し、サードパーティへのファウンドリーサービスの提供を開始します。同社は200億ドルを投じてアリゾナ州での生産能力を拡大します。

顧客を獲得するために、インテル・ファウンドリー・サービスは、カスタマイズ可能なCPUコアを含むインテルのIPを顧客に提供し、業界標準のIPやフローを採用することで、他のメーカーからインテルへの乗り換えを比較的容易にします。アマゾンやマイクロソフト、グーグルが設計したx86チップを想像してみてください。一方で、顧客に最高の製品を提供するために、インテルはデバイスの一部を、たまたまインテルが持っていないものを持っているサードパーティにアウトソースします。

プロセス技術のリーダーシップを取り戻す

このノードは、性能、電力、トランジスタ密度の組み合わせに関する限り、TSMCのN7に対して競争力があることを証明していますが、TSMCのN5やサムスンの5LPE技術は、明らかに低電力で高密度を実現しています。

10nmの遅延は良いことではありませんが、このようなことはIDMでは大きな問題を起こさずに起こります。インテルにとって特に好ましくないのは、サムスンファウンドリーとTSMCが大量生産（HVM）で極端紫外線（EUV）リソグラフィの経験を積んでいる一方で、インテルが10nm工場の歩留まりを改善し、ラボで7nmノードの再開発を行っていることです。

インテルが7nmの製造プロセスで行ったのは、まさに「再設計」です。インテルの新CEOであるパット・ゲルシンガーは、インテルが7nm技術の開発を始めたとき、EUVツールを広範囲に使用できるかどうか確信が持てなかったため、マルチパターニング技術にこだわったと述べています。クアッドパターニングのようなものは、10nmではすでに欠陥密度に影響を与えており、インテルはノードの再設計を余儀なくされました。7nmでは、マルチパターニングの影響が10nm以上に大きくなるため、当初の7nm技術では欠陥密度が高くなりすぎてしまいました。

その結果、プロセスの再設計、EUV装置の使用量の2倍化（2倍の層数に使用）、設計ルールの簡略化などを行う必要がありましたが、これは歩留まり、サイクルタイム、コストの面で有利に働きます。残念ながら、インテルは7nmの新製造プロセスの特徴や、10nm SuperFinおよび10nm Enhanced SuperFin技術との比較については明らかにしていません。

一般的に良いニュースは、Intelが7nmのEUVベースの技術にようやく満足し、7nm設計の1つであるコードネーム「Meteor Lake」製品のCPUタイルを2021年第2四半期にテープインする予定であるということです。すべてが順調に進めば、Meteor Lakeは2023年に市場に登場することになります。一方、インテルのスーパーコンピュータ向けコードネーム「Ponte Vecchio」プロセッサのGPUコンピュートスライスは、2022年に出荷しなければならないため、かなり長い間TSMCで製造しなければならないようです。

インテルの10nm技術が当初、あまりにも高い欠陥密度に悩まされた理由の一つは、あまりにもアグレッシブな設計目標であったと指摘する人は多いです。10nmプロセスで教訓を得たインテルは、ファウンドリ的な反復ノード開発モデルを採用し、どちらかというと慎重に、リスクを減らすために作られます。

2019年から、インテルは毎年、10nmテクノロジーの新バージョンを導入し、いくつかの改良を加えました。それぞれの新しいイテレーションは、膨大な改良をもたらす必要はありませんが、競争力のある製品を作ることを可能にします。インテル社の最高経営責任者であるパット・ゲルシンガー氏によれば、同社は今後も同じ戦術をとっていくと言います。このようなアプローチは、インテル社だけでなく、ファウンドリーの顧客にとっても有益です。

製品に関しては、インテルは2024年から2025年にかけて、CPUの性能で「疑う余地のない」リーダーシップを発揮すると予測します。一方で、プロセス技術のリーダーシップを取り戻す時期については、特に何も言っていません。

インテルの7nmは2023年に予定されているため、TSMCのN3（3nm、FinFET）やサムスンの3GAE（3nm、MBFCFET）ノードと競合することになります。チャイナ・ルネッサンス・セキュリティーズのアナリストは、インテルが10nmから7nmに移行する際にノード全体のPPA（パワー、パフォーマンス、エリア）向上を実現できれば、その次世代技術のトランジスタ密度は230 MTr/inch2から240 MTr/inch2になるとモデル化します。

一方、TSMCのN3のトランジスタ密度は250MTr/inch2程度、Samsung Foundryの3GAEのトランジスタ密度は220MTr/inch2を若干下回る程度になると予想されます。これらの数字は非常に大まかな予測であり、これをもとに多くの結論を出すことは難しい。しかし、インテルが2023年に7nmで業界最高の製造プロセスを実現できるとは思えません。

IBMとの共同研究

インテルが自社製品の製造で成功し、競争力のあるファウンドリーサービスを提供するためには、包括的なプロセス技術のポートフォリオを提供し、チップを大量に生産できるようにしなければなりません。最新の半導体製造プロセスの開発には、材料やトランジスタの構造に関する広範な基礎研究が必要なため、すでに非常に高いコストがかかっています。

今回、インテルはIBMとの間で、研究組織の強化とコストの共有を目的に、今後の半導体製造の将来を左右する製造プロセスと先進的なパッケージング技術の共同研究に関する契約を締結しました。

両社は、共同で何を研究開発するのかについては詳しく述べておらず、「半導体製造の革新を加速し、米国半導体産業の競争力を高め、米国政府の重要な取り組みを支援することを目的とする」という報道発表文だけでは、多くを語ることはできません。しかし、ここでの重要なメッセージは、インテルがすべてを自社で研究開発するのではなく、業界の同業者と協力することを望んでいるということだろう。

アメリカとヨーロッパの新しいファブ

インテル・ファウンドリ・サービシズ（IFS）は、インテルが初めてファウンドリ事業に参入しようとするものではありません。インテルは、数年前にインテル・カスタム・ファウンドリ（ICF）部門を持っていたが、当時はインテルが本当に必要としていなかったことが主な理由で、本格的には成功しなかったです。今日、インテルは、研究開発費の増加、ツールのコスト上昇、運用コストの上昇（消耗品、部品などが高価になっている）などの理由から、自社製品以外の半導体製造の規模を拡大する必要があります。そのために、インテルは競争力を高めるために、IFSを必要とします。

インテルファウンドリーサービスは、インテル社内の別会社として、半導体業界のベテランであるランディル・タッカー博士が指揮を執り、パット・ゲルシンガー氏の直属となります。IFSは、主に先端技術に焦点を当て、インテルの既存のファブを使用するだけでなく、ファウンドリー事業のために特別に構築された新しいキャパシティを追加する予定です。TSMCのようなファウンドリと同様に、IFSはビルディングブロックとデザインルールを含む業界標準のプロセス開発キット（PDK）を提供します。また、ケイデンス社やシノプシス社など、ファブレスでチップを開発する企業が使用する業界標準のEDA（電子設計自動化）ツールも提供します。一方で、ICFの顧客にはPDKや標準的なEDAツールが提供されていなかったため、インテルはIFSでこの問題を解決しようとしています。

インテルは、米国での大規模なファウンドリ事業を可能にするために、アリゾナ州のオコティロ・キャンパス内に、既存顧客向けにインテル製品を製造している他のファウンドリの近くに、EUV対応のファブを2つ新設する予定です。今年中に着工し、約200億ドルを投じて建設するということですから、それほど大規模なファブではないと思われます。同社は、アリゾナ州および米国政府は、インテルがこれらのファブを建設する際に一連のインセンティブを提供する予定であると述べました。

今後、インテルは、自社製品およびIFS部門のために、米国、欧州、その他の地域で追加のファブを建設する予定です。適切な発表は2021年内に行われる予定です。インテルは、さまざまな選択肢を検討していると思われるため、正確な計画を公表する準備はまだできていませんが、同社がファウンドリーサービスをグローバルに提供したいと考えていることは明らかです。

インテルは、従来のファウンドリとは異なり、レガシーノードには興味がなく、収益性の高い先端製造技術を用いてチップを作りたいと考えているようです。一方で、米国防総省の主要なファウンドリの1つになることを目指している同社は、しばらくの間、旧式のファブを維持しなければならないだろう。

7nmを欧州に導入する

インテルは、生産能力を全世界に広げるための継続的な取り組みの一環として、2019年から2021年にかけて70億ドルを追加投資し、アイルランドのファブを継続的に拡張しています。このアップグレードにより、EUVツールが生産施設に導入され、インテルの7nmノードを使用したチップを生産できるようになり、実質的に、今後数年間でヨーロッパに最先端の7nm技術がもたらされることになります。しかし、これには問題があります。

パット・ゲルシンガー氏が今週の記者会見で語ったように、同社は年内に米国、欧州、その他の世界各地での新しいファウンドリー事業をサポートするための次の段階の拡張を発表する予定であるため、インテルはEU当局から機会を与えられるかもしれない他のファウンドリーに先駆けて、より多くのEUV対応能力を欧州にもたらすかもしれません。

インテルは、欧州でのファウンドリー事業の詳細についてはまだ明らかにしていませんが、同社が欧州での先進的なチップの製造に真剣に取り組んでいることは間違いありません。

インテルのIFS：アーキテクチャにとらわれず、独自の提案をする

半導体の受託生産には様々な要素があります。生産能力とプロセス技術は、チップ製造事業の2つの礎となるものです。また、ファウンドリは、適切なPDK、シンプルな設計ルール、業界標準の設計ツールとの互換性、そしてチップ開発をさらにシンプルにする基礎的なIPポートフォリオを確保する必要があります。IFSをワールドクラスのファウンドリにするために、インテルは、標準的なインターフェース、サードパーティ製のIPビルディングブロック、そしてインテル独自のIPブロックを含むIPポートフォリオに投資することを計画しています。

インテルのIFSは、ファウンドリとして、どのようなチップやアーキテクチャを製造するかは問いません。インテルは、他の半導体受託メーカーと同様に、ArmやRISC-VのCPUコアをベースにしたSoCや、ArmやImagination Technologiesのグラフィックスを搭載したSoCを製造することに問題はありません。しかし、IFS社の顧客はインテルのIPとパッケージング技術を利用できるため、同業他社と比べて2つの重要なアドバンテージを持つことになります。

現在、システム・オン・チップの大半は、差別化されたIPを開発・実装した上で、Arm社が開発した定義済みのArmコア、メモリやストレージのコントローラ、他のサプライヤが開発した適切な物理的インターフェイス、さらには様々な必要なIPブロックを投入して設計されています。IFSのお客様は、Arm、RISC-V、PowerVRの代わりに、インテルのx86 CPU、Xe GPU、メディア、グラフィックス、ファブリック、その他の重要なIPを選択することができます。もちろん、ライセンス料を支払い、一定の条件に同意しなければなりませんが、一言で言えば、IFSはインテルのx86プロセッサーに匹敵するカスタムx86プロセッサーを作ることができるのです。

もちろん、IFSの顧客の大半は、さまざまな理由から業界標準のIPにこだわるだろうが（独自の分野でインテルと競合するのは得策ではないかもしれない）、少なくとも一部の企業にとっては、インテルのIPコアをライセンスする機能はもっともなことかもしれません。例えば、市場をリードするインテルのメディアエンコーダー/デコーダーやグラフィックスIPを搭載したカスタムSoCを構築することは、様々なクラウドゲーム企業にとって興味深い選択肢となるかもしれません。また、マイクロソフトやグーグルのようなエクサスケール企業が、x86ベースのデータセンター用SoCを独自に設計することも可能でしょう。現代のSoCがいかに複雑であるかを考えると、インテルのHVMで実証されたEMIBとFoveros技術は、非常に小さなもの（インテルのLakefieldのようなもの）や非常に大きなもの（インテルのPonte Vecchioのようなもの）を作ろうとしているお客様にとって非常に重要なものとなるでしょう。

実際、インテルがIFSの設立とその機会に期待していると述べた企業は、Amazon、Ericssson、Google、Microsoft、Qualcommなど多数あります。確かにこれらの企業は、インテルのファウンドリーサービスを利用することを確約しているわけではないが、IFSに賛同しているだけでも、運営上は良いスタートと言えるだろう。

まとめ

インテルは、その52年の歴史のほとんどにおいて、CPUを中心とした統合デバイスメーカーでした。しかし、ここ20年の間にインテルの製品ポートフォリオは大きく拡大し、最近ではGPU、FPGA、XPUへの進出を開始しました。昨年、インテルは自社の製品設計とそのアプローチを再構築するための大きな取り組みを開始しました。今回発表されたIDM2.0戦略は、新しいインテルに向けての新たな一歩となります。

モジュール方式のチップ設計により、インテルは社内外の異なるファブで異なるプロセス技術を用いて製品のチップレットやタイルを作ることができるため、2023年にはこれを利用して製品の一部をTSMCに委託しようとしています。その前にも、様々な製造プロセスを用いて製造され、インテル、TSMC、サムスンファウンドリのビルディングブロックを搭載したコードネーム「ポンテベッキオ」と呼ばれるコンピュートGPUをリリースする予定です。

同時に、インテルが半導体製造受託事業への参入を決定したことは、同社が将来的に最高のノードを提供できる自信があることを示しています。一方で、インテルは、TSMCやサムスン半導体と規模の面で肩を並べるために、IFS事業を必要とします。

今のところ、インテルのIFS戦略については、答えよりも疑問の方が多いようです。これまでインテルは、世界各地で生産能力を増強する意図があることや、主に収益性の高い先進的な製造技術に関心があることを発表してきました。一方で、米国国防総省のような顧客と長期的な供給契約を結んでいる場合、インテルがどの程度の頻度でファブをアップグレードできるのかは不明です。