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【2018年】もはや限界?半導体の性能が倍増していくムーアの法則

機電派遣コラム この記事は約 5 分で読めます。

最近、半導体関連の話題で「ムーアの法則」が崩壊する!?という話を耳にすることがあります。

「ムーアの法則」は、半導体集積回路の集積度(シリコンチップ上の素子数)が2年で2倍になるという法則です。

しかしなぜ、50年以上も前に提唱された法則が今になって議論されているのでしょうか。

 

それは、プロセスがナノレベルとなった今、法則に則って策定された技術ロードマップ通りの開発がとうとう限界を迎えるているのではないかと懸念されているからです。

今回は、半導体技術の過去と未来について詳しく解説していきます

 

「ムーアの法則」は元々「ムーアの予測」だった

まず、ムーアの法則の歴史をご紹介しましょう。

1958年にTI社のジャック・キルビーがモノリシックICを、翌年にはフェアチャイルド社のロバート・ノイスがプレーナ型のICを開発しました。

多数の素子を1つのチップにまとめたICの集積度は、2倍そしてさらに2倍と瞬く間に上がっていきました

開発が激化する中、1965年にゴードン・E・ムーアが発表したのが「ムーアの予測」です。

 

ムーアはアメリカの学会誌に掲載された論文で、集積回路の集積度は今後10年間は毎年約2倍の比率で増大を続けるだろうという予測を立てています。

ただし、この集積度の成長率は1975年に2年で2倍に訂正されています。

当時フェアチャイルド社にいたムーアは、1968年にロバート・ノイスとIntel社を創設しました。

その後、コンピュータが一般に普及すると、MOSトランジスタが開発されて性能速度は向上し一気に集積化が進みます。

CPUの高速化・高集積化、メモリの大容量化…と技術者・研究者たちが凌ぎを削り、現在に至るまで半導体は予測通りに成長を続け、「ムーアの法則」と呼ばれるようになったのです

 

サイズが小さくなるだけではない!高集積化のメリット

ICの集積度は、なぜここまで急激に成長してきたのでしょうか。それは、高集積化には大きなメリットがあるからです

集積度が上がればICのサイズは小さくなり、半導体チップのサイズが小さくなると、材料が少なくなり、製造コストが下がります。

機能面ではチップ内の素子から素子への配線は短くなり、省電力化・高速化につながります

 

たとえば、1941年にインテルが発表した世界初のマイクロプロセッサーには2300個のトランジスタが使われていました。

最新のマイクロプロセッサーでは、10億個を超えるトランジスタ数の半導体が使われています。

※2つの性能を比較すると、性能は3,500 倍、電力効率は90,000 倍、トランジスター単価は60,000分の1になっています。http://www.intel.co.jp/content/www/jp/ja/innovation/processor.html

 

つまり、半導体産業はムーアの予想通り成長し続けている驚くべき世界なのです

 

50年間続いた「ムーアの法則」、どこまで続く?

近年になって議論されているのが「ムーアの法則」の限界論です。

10億個ものトランジスタが詰め込まれたチップは、1つの素子がナノレベルのサイズで作られています。これ以上の微細化は難しいのではないか?という懸念は当然とも言えます。

半導体製品(部品)に関わる企業はこれまで何度も微細化の壁に当たっています。

そして、そのたびに「ムーアの法則」は崩れると言われましたが、新たな技術開発が進められたことで乗り越えています。

 

今回も、トランジスタの3次元化やナノワイヤ、EUVリソグラフィといった未来の技術により乗り越えられるとの期待もあります。

少し足並みが遅れているとはいえ、実際にIntel社では、10nmプロセスルールのマイクロプロセッサ、Cannon Lake(キャノンレイク)を搭載したPCを2019年中に製品出荷する見通しとしています。

同社CEOのブライアン・クルザニッチは「ムーアの法則」は続くと示唆しました

 

ナノレベルの技術に期待がかかる、半導体の未来

「ムーアの法則」の過去と未来、いかがだったでしょうか。

法則が現在まで続いてきたのは、半導体業界全体の技術革新への努力の賜物であると言えるでしょう。

 

しかし現在、進化が懸念されているのは実は半導体製造技術ではなく、電力的と経済的な限界とも言われています。

ムーアの法則が続くことで私たちの生活が豊かになるのであれば、ぜひクリアして欲しい問題です。

 

今後も、ナノレベルの世界を築く新たな技術に、大きな期待が寄せられています。

 

 

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