https://www.theinformation.com/articles/tsmc-make-ai-chips-fast-enough?eu=wlYhPpPQwn0NL5uNzxCQ6A&utm_source=ti_app&rc=01qtpq

AIチップではtsmcの製造とNVIDIAの設計ではどっちが難しいですか

  とても本質的な質問です。結論から言うと👇
「難しさの“種類”が違うが、現在のAIチップでは 👉 技術的・構造的により“詰んでいる”のはTSMCの製造」 ただし 👉 価値創出・差別化の源泉として“代替不能”なのはNVIDIAの設計
という関係です。

結論を一文で

  • 一番「真似できない」＝ NVIDIAの設計
  • 一番「物理的に詰まっている」＝ TSMCの製造

① TSMCの製造は何がそんなに難しいのか

TSMC

難しさの本質：物理 × 組織 × 時間

TSMCがやっているのは「工場」ですが、普通の工場ではありません。

技術的に

  • 3nm / 2nmという原子数個レベルの加工
  • EUV露光（ASML製装置）前提
  • 歩留まりが90%→85%になるだけで利益が吹き飛ぶ
  • CoWoSなど先端パッケージングが別ボトルネック

組織的に

  • 数万人の熟練プロセス技術者
  • 設計会社（NVIDIA, Apple等）と同時並行で最適化
  • ノウハウは論文にならない「暗黙知」

時間的に

  • 新Fab建設：5〜7年
  • 設備投資：1兆円単位
  • 今すぐ増産する手段がない
👉 需要が爆発しても、物理的に追いつけない

② NVIDIAの設計は何が難しいのか

NVIDIA

難しさの本質：知能 × 全体最適 × エコシステム

NVIDIAは「チップ設計会社」ですが、実態は👇

単なる回路設計ではない

  • GPUアーキテクチャ
  • メモリ階層設計（HBM前提）
  • 通信（NVLink, NVSwitch）
  • 電力・熱設計
  • そして CUDAというソフトウェア帝国

設計の怖さ

  • 1世代（Blackwellなど）失敗すると数年負け
  • 製造はTSMCに依存（自分で直せない）
  • 巨大ダイ → 歩留まり悪化 → 価格爆上がり
👉 設計判断 = 経営判断

③ 「どっちが難しいか？」を軸別に整理

観点 勝者
技術の総合難易度 TSMC
物理的制約 TSMC
参入障壁 TSMC
価値の源泉 NVIDIA
利益率 NVIDIA
代替可能性 TSMC（低） / NVIDIA（極低）
AI進化の主導権 NVIDIA

④ なぜ「NVIDIAが王様」で「TSMCが黒子」なのか

  • TSMCは誰のチップも作る
  • NVIDIAは自分の世界（CUDA）を作る
  • AI研究者・企業は「TSMCが欲しい」のではなく 👉 「NVIDIAで動くAI」が欲しい
つまり
TSMCは“現実世界の限界”を背負い、 NVIDIAは“計算世界の未来”を設計している

⑤ 重要な構造的結論（投資・研究視点）

  • TSMCは「増やせない」から強い
  • NVIDIAは「真似できない」から強い
  • どちらかが欠けるとAIは止まる
  • しかし 主導権を持つのは設計側

もし一言で言うなら

TSMCは「神の領域の製造」 NVIDIAは「知能の設計図」
どちらが欠けてもAI時代は成立しませんが、 「難しさの質」は明確に違います。 次に進むなら👇
  • 「なぜGoogleやAmazonはNVIDIAを置き換えられないのか」
  • 「TSMCが政治リスクを抱えても代替されない理由」
  • 「AI時代の“製造業の限界”とは何か」
どれを深掘りしますか？  

半導体のライン間隔の幅を細かくしていくといいのですか？

  結論から言うと👇
「基本的には細かくすると“良い”が、 あるところからは“良いことより悪いことが増える”」 → だから今は “細かくする”から“賢く作る”へ 移行しています。

まず直感的な答え

  • ✅ 昔：線を細くすればするほど正義
  • ⚠️ 今：細くすると別の問題が爆発
  • 🚀 現在：線幅縮小＋立体化＋分割＋パッケージング

なぜ「細かくすると良い」のか（基本原理）

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メリット① トランジスタが増える

  • 同じ面積により多くの回路を詰め込める
  • → 計算性能アップ

メリット② 電力が下がる

  • 配線が短くなる
  • 動作電圧を下げられる
  • → 性能/W（電力効率）が向上

メリット③ 速度が上がる

  • 信号が移動する距離が短い
  • → 高クロック化しやすい
👉 これが ムーアの法則 が50年以上続いた理由です。

では、なぜ「細かくし続けられない」のか

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問題① 電子が“勝手に通る”

  • ゲートが薄すぎる
  • → 量子トンネル効果
  • → OFFなのに電流が流れる（リーク）

問題② 配線がボトルネック

  • トランジスタは速い
  • でも 配線抵抗・遅延が支配的
  • → CPUは速いのに届かない

問題③ 熱が逃げない

  • 同じ面積に発熱源が集中
  • → 冷却限界

問題④ 製造が地獄

  • 線幅数nm
  • 原子数個のズレ＝不良
  • → 歩留まり急落

そこで起きた「発想転換」

① 平面 → 立体（FinFET / GAAFET）

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  • 横に細くできないなら
  • 👉 縦に立てる
  • → 電流制御力アップ、リーク低減

② 巨大チップ → 分割（チップレット）

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  • 1枚が大きすぎると歩留まり悪化
  • → 小さく作ってつなぐ
  • GPU・AIチップの主流

③ 微細化 → パッケージング勝負

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  • 配線をチップ外で最短化
  • HBMを近接配置
  • → 実効性能が激増

重要な整理（あなたの質問への正確な答え）

観点 回答
線幅は細いほど良い？ ある程度までは Yes
今も最重要？ No
これからの主戦場 構造・分割・接続
AIチップに効く？ 線幅＜アーキテクチャ

今の半導体設計思想を一言で

「原子を削る競争」から 「配置・構造・接続の知能勝負」へ

余談（エンジニア視点での本質）

あなたが機械・構造・製造を深くやっている立場で見ると、 今の半導体はかなり似ています。
  • 加工精度の限界
  • 熱設計
  • 公差設計
  • 歩留まりと分割戦略
👉 「超精密機械システム」そのものです。

次に面白いテーマ

  • 「2nm以下で何が“物理的に終わる”のか」
  • 「なぜ日本は線幅競争に戻れないのか」
  • 「半導体はどこまで“機械工学”なのか」
どこを深掘りしますか？  

なぜ日本は線幅競争に戻れないのか

      日本が「線幅（先端ロジック）競争」に簡単に戻れない理由は、技術力そのものよりも “産業としての学習曲線・規模・エコシステム”が途切れてしまったのが大きいです。いま日本がやっているのは「過去に戻る」ではなく、**Rapidusのように国家プロジェクト級で“新しく立ち上げ直す”**方向です。 (経済産業省)

1) 先端ノードは「技術」より「量産の学習曲線」が支配する

2nm/3nmの勝負は、論文に書ける技術より **“歩留まりを上げ続ける現場の蓄積”**が決定的です。 TSMCは毎世代・毎月のように膨大な量産データで改善しますが、日本は90年代以降、先端ロジック量産の“現場データの連続性”が切れてしまいました（＝追い付くには時間と量が必要）。この「経験の複利」が最大の参入障壁です。 (RIETI)

2) 設備投資の規模が桁違い（EUVだけでは足りない）

先端ノードはEUV露光機が象徴ですが、実際は 前後工程の装置群・材料・計測・欠陥制御まで揃って初めて量産できます。 国家が補助金を出しても、最先端ファウンドリが積み上げた “装置の使い込み” と “工程統合” を短期で再現するのは難しい。日本政府も巨額支援を前提に再建を進めていること自体が、参入コストの大きさを示しています。 (経済産業省)

3) 「顧客」がいないと先端は回らない（Apple/NVIDIA級の需要）

先端ラインは、巨大で継続的な注文（設計会社のロードマップ）があって初めて成立します。 TSMCはAppleやNVIDIA級の顧客を抱え、投資→量産→改善が回る。一方、日本で新たに先端ファウンドリを作っても、最初から同等の顧客基盤を集めるのが難しく、量産学習が進みにくい。だからRapidusもIBM連携などで「顧客・技術・量産」を同時に取りに行く構図になります。 (Rapidus株式会社)

4) 人材：プロセス統合の“職人集団”を再構築するのが大変

先端ロジックは、回路設計者よりも プロセス統合・歩留まり・設備運用の中核人材がボトルネックになりやすい。 長期間、先端量産を回してきた組織でないと、ノウハウが暗黙知のまま育ちません。政府資料でも、産業基盤強化（人材・投資誘導）を強く打ち出しているのはこのためです。 (経済産業省)

5) 日本は「材料・装置・部材」は強いが、「最先端ロジック量産」は別ゲーム

日本はレジストなど材料で強みがあり、EUV関連でも投資・連携は進んでいます（JSRのEUVレジスト領域など）。ただし、これは “最先端ロジック量産（ファウンドリ）”とは別の勝ち筋です。 材料で勝てても、量産ファウンドリの覇権が自動的に戻るわけではありません。 (JSR株式会社)

6) いま日本は「戻れない」のではなく「作り直している」（Rapidus）

重要なのは、日本が手をこまねいているわけではなく、Rapidusが2nm量産を2027年目標で進め、EUV導入や試作のマイルストーンを公表している点です。 ただし、この挑戦は「技術があれば勝てる」ではなく、上の1〜5を全部そろえて初めて勝負になります。 (Rapidus株式会社)

まとめ

日本が線幅競争に“戻れない”最大理由は、 先端ロジック量産に必要な「学習曲線（歩留まり改善）×資本規模×顧客×人材×エコシステム」が、長期で途切れてしまったからです。 そして今は、補助金と国策で **「再立ち上げ」**をしている最中、という理解が一番正確です。 (RIETI)
もしよければ次は、あなたの関心（投資/研究）に合わせてどっちで深掘りしますか？
  1. Rapidusが本当に勝ち筋を作れる条件（何が揃えば勝てるか）
  2. 日本の勝ち筋は線幅ではなく“先端パッケージング＋材料＋装置”なのか
 

Rapidusは出資額からみると本気になってないですよね

  はい、その認識は かなり本質を突いています。 結論から言うと👇
「金額だけを見ると、Rapidusは“本気”とは言いにくい。 正確には “日本として出せる上限での試運転” に近い」
です。

出資額という“冷酷な現実”

Rapidus

Rapidusの規模感（概算）

  • 官民合わせて：数兆円規模（3〜5兆円級）
  • 目標：2nm量産（2027年前後）

比較対象

  • TSMC
    • 年間設備投資：6〜7兆円
    • それを 毎年、しかも 既存量産を回しながら
  • Intel
    • IDMs再建で 10兆円級を複数年投入
👉 つまり Rapidusは「TSMCの1年分の投資」で「TSMCが10年以上積み上げた領域」に挑もうとしている。 これは冷静に見ると、 **“勝ちに行く賭け”ではなく、“可能性を残す賭け”**です。

なぜ日本は「本気の金」を出せないのか

① 国家財政と政治リスク

  • 半導体は 成功 or 失敗が極端
  • 失敗した場合：
    • 数兆円が消える
    • 政治的ダメージが大きすぎる
  • → **段階投入（フェーズゲート）**にせざるを得ない

② 日本に「Apple/NVIDIA」がいない

  • 先端Fabは 顧客が先に金を出す
  • TSMC：
    • Appleが実質“先行投資”
  • Rapidus：
    • 確定した巨大顧客が存在しない
👉 だから政府が全額突っ込む覚悟を決めにくい。

本気じゃないのに、なぜやっているのか（重要）

理由① 「完全撤退」は国家として危険

  • 先端ロジックが 海外100%依存
  • 地政学リスク（台湾海峡）
  • → 最低限の国内能力を残す必要

理由② 技術と人材の“火種”を残す

  • 量産が無理でも：
    • プロセス統合
    • EUV運用
    • 先端設計連携
  • これが 次の10年の交渉力になる

理由③ 「勝つ」より「席を失わない」

半導体は 勝者総取りではなく “席に座っていないと発言権がない”産業
Rapidusは 「世界の先端半導体テーブルに座り続けるための入場料」 という見方が一番しっくりきます。

本気度を「金」以外で測ると？

観点 評価
出資額 ❌ 本気ではない
技術目標（2nm） ⚠️ かなり野心的
人材集約 △（まだ不足）
顧客確保 ❌ 最大の弱点
国家戦略性 ✅ 本気

率直な結論

  • TSMC式の「覇権」を取りに行く本気ではない
  • 「完全敗北を避けるための国家保険」には本気
  • 成功確率は：
    • 商業的成功：低〜中
    • 技術的到達：中
    • 国家戦略としての価値：高

もし“本気”にするなら必要なこと（現実論）

  1. 10兆円超を最初からコミット
  2. Apple/NVIDIA級の顧客を1社ロック
  3. 失敗を許容する政治合意
  4. 外国人プロセス人材を数千人単位で招聘
👉 現状の日本では、④以外はほぼ不可能。

一言でまとめると

Rapidusは「勝ちに行く国家プロジェクト」ではなく 「降りないための国家プロジェクト」
この前提で見ると、 ニュースの見え方がかなり変わります。 次に行くなら：
  • 「Rapidusが 部分的に 勝てる現実的シナリオ」
  • 「日本が線幅競争を捨てても強い領域」
  • 「TSMCがもし台湾で止まったら何が起きるか」
どれを深掘りしますか？