IBMが新型チップ技術を発表：爪の大きさに1000億個のトランジスタを集積、ムーアの法則がさらに10年延長か

半導体業界が物理的限界の探求を続ける中、IBMが再び重大な発表を行った。MIT Technology Reviewの報道によると、IBMは爪ほどの面積に約1000億個のトランジスタを集積した新型プロトタイプチップの製造に成功した。この密度は、同社が2021年に発表した業界最先端技術の2倍に相当する。この画期的な設計は、今後数十年にわたってより高速かつ省エネルギーなコンピューターの実現を促進するだけでなく、すでに勢いの衰えが見え始めたムーアの法則をさらに10年延長させる可能性がある。

トランジスタ密度の倍増：ナノからオングストロームへの新たな挑戦

チップ上のトランジスタ密度の向上は、コンピューティング性能の進歩を牽引する核心的な原動力であり続けてきた。今回IBMが公開したチップは新世代のプロセス技術を採用しており、トランジスタ密度は前例のない水準に達している。2021年に発表した2ナノメートルの技術ノード（当時のトランジスタ密度は1平方ミリメートルあたり約3億3300万個）と比較すると、新チップのトランジスタ密度は2倍となり、1平方ミリメートルあたり6億個以上のトランジスタを搭載できることを意味する。爪の面積が約100平方ミリメートルであることを考慮すると、1000億個というトランジスタの総数は驚異的である。

IBMは新チップの具体的なプロセスノード名を明らかにしていないが、業界ではこれがナノメートル（nm）からオングストローム（angstrom）レベルへの跳躍を伴うものと広く見られている。従来、ムーアの法則はチップ上のトランジスタ数が18〜24ヶ月ごとに2倍になると予測してきたが、過去10年間は物理的限界と製造コストの急激な上昇により、ムーアの法則は鈍化しているというのが業界の一般的な見方だった。今回IBMの突破の鍵は、ゲート・オール・アラウンド（GAA）トランジスタの改良型設計の採用にある。現在主流のFinFET（フィン型電界効果トランジスタ）とは異なり、GAAはゲートをトランジスタチャネルの四方に取り囲む構造により、優れた静電制御を実現し、より極限まで微細化することを可能にしている。

「これは単なる密度の向上ではなく、半導体の物理的限界の再定義だ」とあるベテランの半導体アナリストはコメントした。「IBMは、革新的なアーキテクチャと材料によって、ムーアの法則がまだ生命力を持っていることを証明した。」

業界の背景：チップ競争が「オングストローム時代」へ

現在、世界の半導体大手は3ナノメートル、2ナノメートルといった技術ノードをめぐる激しい争いを繰り広げている。TSMCとサムスンはすでに3ナノメートルの量産で進展を遂げており、インテルは2024年に20オングストローム（2ナノメートル相当）ノードへの移行を計画している。IBMはすでにチップ製造事業から撤退しているが、ニューヨーク州オールバニにある研究センターは先端技術を継続的に生み出し、ライセンス供与や協力関係を通じて産業界に影響を与え続けている。2021年にIBMが2ナノメートル技術を発表した際も大きな反響を呼んだが、今回の新たな成果は再びその研究開発能力を示すものとなった。

注目すべきは、今回の新チップは商用製品ではなく、あくまでプロトタイプによる実証であるという点だ。研究室から量産までには、歩留まりやコストなど多くの大きな課題を克服する必要がある。IBMによると、新設計は同一消費電力において性能が約40%向上するか、あるいは同一性能において消費電力が50%削減されるとのことで、データセンター、AI計算、モバイルデバイスに対して深遠な影響をもたらすと見られている。

編集後記：ムーアの法則の継続と半導体の新パラダイム

IBMの今回の発表は、業界においてムーアの法則の将来をめぐる議論が絶えない時期に行われた。一方では、トランジスタの微細化における物理的限界（量子トンネル効果、放熱問題など）がますます顕著になっている。他方では、新材料（二次元材料など）、3D積層、先進パッケージング、ヘテロジニアス集積といった新たな技術的アプローチが新境地を開拓している。IBMがトランジスタ密度において再度の突破を選択したことは、従来の「More Moore」の道筋にまだ探求の余地があることを証明している。

しかし、歴史が示すように、たとえ研究室での成果が画期的なものであっても、プロトタイプから産業への実用化には通常数年から10年を要する。IBMの強みは技術のライセンス供与と標準化にあり、直接量産にあるわけではない。TSMC、サムスンなどのファウンドリがこれらの技術をどのように吸収・転換するかが、実際の産業プロセスを左右することになる。さらに、米国、欧州、アジアのチップ法案がいずれも投資を拡大しており、この技術競争の勝敗は企業だけでなく、各国の半導体サプライチェーンの安全保障にも深く関わっている。

将来を展望すると、オングストロームレベルのチップは2030年前後に規模的な量産が実現すると見込まれている。その時には、スマートフォンが現在のスーパーコンピューターに匹敵する演算能力を持ち、AIモデルのトレーニング効率が大幅に向上し、自動運転、クラウドコンピューティング、IoTなどのアプリケーションも恩恵を受けることになるだろう。IBMのこの研究成果は、人類がコンピューティング性能の新たな高みへと登るための重要なマイルストーンを築いたものと言えるだろう。

本記事はMIT Technology Reportより編訳