kfujitoの徒然（ｂｙ浮沈子）

DNAの塩基対に迫る半導体プロセス


＜おことわり＞

この記事（本文）は、標題も含めて重大な誤解に基づいて書かれています。そのことを含めて残しておきたかったのでそのままにしてありますのでお気を付けください。詳細は、＜以下追加＞をご参照ください。

＜おことわり：終了＞

まずは、基本的お勉強から。

（半導体チップにおけるプロセスとは？）
https://go.orixrentec.jp/rentecinsight/measure/article-68

「プロセスは略称であり、「プロセスルール」「プロセスノード」「プロセスサイズ」といったさまざまな呼び方があります。簡単にまとめると、「半導体チップをどれだけ微細に作っているか」を示す言葉」

「プロセスの単位はnm（ナノメートル）で、10nm・7nm・5nmのように表現されます。これらの数値が示しているのは、半導体チップ上に配置されたトランジスタのゲート長」

「トランジスタのON/OFFを切り替えるスイッチのサイズがゲート長です。ゲート長が短ければ短いほど電子が少ない時間で移動できるので、電子回路が高速化します。」

トランジスタの構造の複雑化と共に、単に配線幅が細くなったからと言って、単純に高密度化されるわけでもないようだが、話の筋としてはプロセスの値が小さければ小さいほど、高速作動、省電力、高密度化（＝小型化）が図れると考えていい。

TSMC（Taiwan Semiconductor Manufacturing Company）やサムスン電子では、２nmの製造プロセスが今年稼働するとかしないとかいう話がある。

浮沈子は、遺伝子のDNAに関心があって、その塩基対（A-T、G-C）の長さを漠然と覚えていた。

（DNA塩基対）
https://www.jove.com/science-education/v/11474/dna-base-pairing-and-its-significance-in-dna-replication?language=Japanese

「A-T と C-G のペアは、両者とも10.85Åの長さがあり、それはDNAの2本の糖-リン酸主鎖の間隔に合致します。」

主鎖を入れたDNA全体の直径は、約２０オングストローム（Å）＝２nmになる（画像参照）。

現在の半導体製造プロセスは、この分子レベルのゲート長に迫る微細加工を狙っているのだ。

で、今日読んだのは、更にその先の話だ。

（Intelが14Aプロセスの概要を発表、18Aとくらべてワット当たりの性能が15～20％向上）
https://gigazine.net/news/20250430-intel-14a-direct-connect-2025/

「Intelが新たに公開した製品ロードマップが以下。14Aと14A-Eが2027年に登場予定であることが明かされたほか、18Aの派生製品である18A-Pが2026年、18A-PTが2028年に登場予定であることも明らかになりました。」

ここで気を付けなければならないのは、インテル独自のプロセス呼称だ。

（「Intel 18A」はTSMCの2nmに追いつく秘策。Intelの未来がかかった新プロセスノードは何がすごいのか？）
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/ubiq/1571232.html

「以前は名称とゲート長が一致していた。しかし、近年はそもそもゲート長と性能が比例しなくなってきている。」

「特に、Intelにとっては同じゲート長であっても、PPAC(Performance・Power・Area・Cost)という半導体産業で使われている指標で見ると、Intelの現行世代と他社の一世代先のノードがそんなに変わらないという状況が発生していた。」

「そこで、Intelは10nm世代の改良版世代から、ゲート長を名称にするのをやめて、他社(具体的にはTSMCとSamsung)の世代でどれに相当するのかをプロセスノード世代の名称にすることにしている。」

「他社の2nmに相当するのがIntel 20AとIntel 18Aとなる。」

「ノードというのは性能の観点で概ね10%程度を超える向上があるものと定義している。それに対して5%程度の性能向上の場合には名称にPをつける形のマイナーバージョンアップという扱いにしている」（パット・ゲルシンガーCEO）

つまり、独自の呼称をつかっているわけで、ゲート長ではないということだ。

だから、１４Aプロセスがどの程度のゲート長（プロセスサイズ）なのかは不明だ（たぶん、２nmより細いかも：以下の記述では「チップ密度が１．３倍」とあるから、１４パーセントほど細くなっていることになる）。

「14Aと14A-Eで製造されたチップは18Aで製造されたチップと比べてワット当たりの性能が15～20％向上します。また、18Aと比べてチップ密度は1.3倍となり、同一性能なら消費電力が25～35％削減されます。加えて、動作周波数の向上や電力効率の最適化などに役立つ「Turbo Cells」という技術も取り込まれています。」

同じ内容の記事は、こっちにもある。

（Intel 18Aの高性能版初期ウェハが生産開始。後継のIntel 14Aにも動き）
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/2010762.html

「「Intel 18A」の量産、高性能バリエーション「Intel 18A-P」、そしてその微細化版となる「Intel 14A」の情報が明かされた。」

遺伝子の構成分子（塩基対）に迫る微細加工を施したチップが、パソコンやスマホの中でうなりを上げる（って、まあ、たとえですが）。

遺伝子自身を長期保存用のメモリーにしようという話もあった。

（DNAに情報を記録するストレージが実用化に一歩前進）
https://www.tel.co.jp/museum/magazine/news/294.html

「DNAストレージは1グラムで215ペタバイトのデータを何千年も保存できると言われている。」

「2019年にワシントン大学とマイクロソフトが新たに発表したのは、人手を介さずにビット列をDNAに変換し、さらにまたビット列に戻せる、つまり読み書きを自動化する装置」

「数十億年にわたって生物の遺伝情報を引き継いできた仕組みが、人間の生み出したデータを後世にも伝えるために使われるようになるというのは、とても感慨深い。」

すでに、この記事から６年が経とうとしているけど、あまりぱっとした話は聞かない。

（DNAに画像を記録して直接保存する生物学的カメラ技術が開発される）
https://gigazine.net/news/20230711-biological-camera-into-dna/

「「BACCAM」のピクセルパターンを使用した実験では、画像の再構築に約94％という高い精度で成功したことが判明」

うーん、エラー率高過ぎでね？。

「青色の「NUS」と赤色の笑顔のピクセルパターンを複合してDNAに記録させる、もしくは両パターンを切り替えながら記録させる実験が行われました。結果として、どちらの方法でも90％を超える高い精度での保存や出力が可能だと示されました。」

まあ、どうでもいいんですが。

まだ、概念実証や研究開発の段階だな・・・。

＜以下追加＞ーーーーーーーーーー

（3nm、2nm半導体プロセスが実寸法を表していない理由）
https://www.tel.co.jp/museum/magazine/report/202311_02/

「「半導体は微細化が進み、今や2ナノメートル（nm）の開発を目指す」、「2nmの次は、18オングストローム（Å）」と言う声が聞こえる。」

「一方で、「もはやムーアの法則は行き詰まってきた」、「ムーアの法則は、もう死んだ」、という声も聞こえる。」

「2nmプロセスとはどこのサイズを指すのか。」

ブログ記事を書いていて、どうもしっくりしなかったのでいろいろ調べていてこの記事にたどり着いた。

「10nm、7nm、3nm、2nmはチップ上の寸法のことでは無い」

「半導体プロセスノードの寸法はメタルピッチ（配線幅+間隔）で表していた」

「トランジスタ構造が2次元から3次元に変わり実寸法から乖離し始めた」

「実は、〇〇nmというプロセスノードと実寸法が乖離し始めたのは、FinFETの導入時期からである。FinFETの導入は3次元的に電流が流れることで面積を削減できる。FinFET構造を導入したのはIntel、TSMC、Samsung（韓国）の3社だけだったため、当時はプロセスノードと実際の寸法との乖離は、一般に明らかにされなかった。」

うーん、どうやら独自基準を定めていたのはインテルだけじゃないようだ。

「〇〇nmプロセスの実際の最小寸法を示せば従来通りに見えるが、実際のところトランジスタ密度が増えて〇〇nmプロセス相当の性能があることから、〇〇nmプロセスノードという言い方をファウンドリ企業がしているのだ。」

「現在、実際の最少寸法は12nmまで」

なあんだ・・・。

が、まあ、それにしても驚異の微細加工技術であることに違いはない。

「リソグラフィでは、波長13.5nmのEUV装置に代わり、波長を自由に調整できる自由電子レーザーによる波長6nmの露光装置が提案されている。この新型レーザーだとEUVの約半分の寸法が期待される。」

立体化による高性能化と共に、加工技術そのものの進化も止まっていない。

ムーアの法則は、実質的なところでは健在というわけだ。

「これまでの取材からわかったことは、「ムーアの法則は続くが、微細化の速度は大きく落ちた」。これが正しい。」

なるほどね・・・。

＜さらに追加＞ーーーーーーーーーー

（TSMCが1.4nm級プロセス技術「A14」を発表、2028年に量産開始予定でスマホのAI機能強化に期待）
https://gigazine.net/news/20250424-tsmc-a14/

「1.4nmクラスの製造技術のA14は、2025年後半に量産を開始する予定である2nmクラスのN2に比べて消費電力当たりの速度が最大15％向上し、同一速度であれば消費電力が最大30％削減され、ロジック密度は20％以上向上」

まあ、この手の記事を読む際に、「1.4nmクラスの製造技術のA14」という表現に惑わされないようにしないとな。

インテルだけじゃなくて、TSMCも独自表現なのかもしれない。

（TSMCの独走続く？Samsungが1.4nm半導体製造プロセスをキャンセルと噂）
https://iphone-mania.jp/apple-593504/

「Samsungは1.4nmプロセスでの半導体製造を断念」

「2nmプロセス（2nm GAA）の立ち上げと良好な歩留まり率確保に注力するのではないか」

１か月余り前の記事だが、サムスン電子も独自かもな・・・。