TSMCとSamsung Foundryを実務的に比較:プロセスの優位性、歩留まり、ロードマップ、パッケージング、そして次世代チップ製造において顧客の信頼が決定的になる理由。

「ファウンドリ」は他社の設計したチップを製造する会社です。Apple、NVIDIA、AMD、Qualcomm、そして多くのスタートアップは通常チップの設計(青写真)を行い、ファウンドリにその設計を数百万個の同一かつ動作するダイにしてもらいます。
ファウンドリの仕事は単にパターンを印刷することではありません。小さなプロセスの差が製品出荷のタイミング、性能目標の達成、そして収益性を左右する、再現性の高い大量生産工場システムを運用することです。
プロセスリーダーシップはマーケティング上の主張ではなく、高い歩留まりでより良いPPA(性能、消費電力、面積)を安定して提供できるかどうかに現れます。購入者にとってのリーダーシップは実務的な結果として現れます:
最先端ノードは効率改善の余地が大きく、AIアクセラレータやデータセンター(ワット当たりの性能)、スマートフォン(電池寿命と熱特性)、PC(薄型設計での持続性能)で重要です。
しかし「最良の」ノードは製品依存です:モバイルSoCと巨大なAI GPUではプロセスに求められる特性が大きく異なります。
この比較は単一の永久的な勝者を出すことはできません。差はノード世代やノードのライフサイクル位置(初期立ち上げか成熟期か)、および顧客が使う設計ルールやライブラリによって変化します。
ある企業がある製品群でリードしている一方、別の企業が別の分野でより魅力的ということがあり得ます。
「3nm」のような公開ラベルは標準化された測定値ではありません。商品名であり、普遍的な尺度ではありません。二つの「3nm」提供はトランジスタ設計の選択、密度目標、電力特性、成熟度が異なるため、唯一意味のある比較はノード名ではなく実際の指標(PPA、歩留まり、立ち上がりタイミング)で行うべきです。
ファウンドリの「リーダーシップ」は一つの数値ではありません。購入者は通常、ノードが実用的なPPAバランスを達成するか、歩留まりをスケールで出すか、そして製品ローンチに間に合う速さで量産に到達するかで判断します。
PPAはPerformance(性能)、Power(消費電力)、**Area(面積)**の略で、これらは互いに競合します。
スマートフォンSoCは電力と面積を優先してバッテリ寿命を延ばし、より多くの機能をダイ上に載せます。データセンター向けCPUやAIアクセラレータは周波数と持続性能のために面積(とコスト)を犠牲にすることがあり、それでも電力は運用コストで支配的なので重要です。
歩留まりはウェーハ上で仕様を満たす動作するダイの割合です。これが左右するのは:
歩留まりは欠陥密度(ランダムな不具合の発生数)とばらつき(ウェーハやロット間でのトランジスタ特性の一貫性)によって形作られます。ノード初期ではばらつきが高くなる傾向があり、これが有効なクロックビン数を減らしたり保守的な電圧設定を強いたりします。
発表より重要なのは、ノードが多数の顧客向けに高歩留まりで仕様を満たすウェーハを一貫して生産する日です。成熟したノードは予測可能であることが多く、初期ノードはプロセスやマスク、ルールが締められるにつれて不安定になり得ます。
似たシリコン物理があっても、結果はPDKの品質、スタンダードセルとメモリライブラリ、検証済みIP、および定着したEDAフローといった設計イネーブルメントに依存します。
強いイネーブルメントは再テープアウトを減らし、タイミング/電力のクロージャを改善し、量産到達を早めることでしばしばファウンドリ間の実世界ギャップを狭めます。
ソフトウェアの類推が有用です:プラットフォームが摩擦を取り除くとチームはより速く出荷できます。Koder.aiのようなツールは、チャットでプランニング、スナップショット/ロールバック、デプロイ、ソースコードエクスポートを提供してアプリ開発を加速します。シリコンでもファウンドリのイネーブルメントは同様の役割を果たします:驚きが少なく再現性が高い。
「3nm」「2nm」などのラベルは物理寸法の測定というよりは、プロセスの世代を示す略語です。各ファウンドリは独自の命名を採り、"nm"の数値はチップ上の単一の特徴サイズに素直に対応しなくなっています。
そのため、ある会社の「N3」と別の会社の「3nm」は速度、電力、歩留まりで意味のある差が出ることがあります。
ここ数年、最先端ロジックはFinFETトランジスタに依存してきました—シリコンの垂直なフィンにゲートが三面で巻き付く形です。FinFETは旧来の平面トランジスタと比べ制御性を向上させリーケージを減らしました。
次のステップは**GAA(Gate-All-Around)**で、ゲートがチャネルをより完全に囲みます(多くはナノシートとして実装されます)。理論的にはGAAは低電圧でのリーク制御とスケーリングで利点があります。
しかし実際には新しいアーキテクチャは製造の複雑化、調整上の課題、ばらつきリスクをもたらし、必ずしもすべてのチップで即座に良い結果を出すわけではありません。
ロジックトランジスタがうまくスケールしても、実際の製品はしばしば次の制約にぶつかります:
しばしば性能向上はトランジスタ自体よりもメタラゼーションとルーティングの改善に依存します。
ある買い手は密度(mm²当たりの計算量)を重視し、別の買い手は電力効率(バッテリ寿命、熱特性、ワット当たりの持続性能)を重視します。
ノードは紙上では先行して見えても、実世界のPPAバランスが製品目標に合わなければ適合性が低くなります。
顧客がTSMCを選ぶ理由を語るとき、単一のベンチマーク数で始めることは稀です。むしろ予測可能性について語ります:ノードの利用可能日が大きくずれないこと、プロセスオプションに驚きが少ないこと、立ち上げが“良い意味で退屈”に感じられること—つまり製品開発サイクルを計画して実行できることです。
TSMCの魅力の大きな部分は周辺エコシステムです。多くのIPベンダー、EDAツールフロー、リファレンスメソドロジーがまず(あるいは最も徹底的に)TSMC向けに最適化されます。
この広いサポートは統合リスクを下げ、長いデバッグ期間を許容できないチームにとって重要です。
TSMCは実稼働量が始まると歩留まり学習が速いと評価されることが多いです。顧客にとっては、それが高コストで供給が制限される四半期が少なくなることを意味します。
ウェーハ以外では、設計サービスや深いパッケージメニューといった実用的な“余禄”も挙げられます。CoWoSやSoICスタイルの高度なパッケージは、今やトランジスタ密度だけで勝つ時代ではなく、システムレベル統合で勝つ製品が増えているため重要です。
デフォルト選択になることの欠点はキャパシティ競争です。最先端スロットは逼迫することがあり、配分は最大かつ長期コミットした顧客に有利になることがあります—特に大きな立ち上げの際に。
小規模なファブレス企業は早めに計画する、テープアウト窓を受け入れる、または重要度の低い部品については第二のファウンドリを使う必要が出ることがあります。
こうした制約があっても、多くのファブレスチームは主要ファウンドリを標準化します。理由は簡単です:再利用可能なIPブロック、再現可能なサインオフ、安定したDFMプレイブック、世代ごとに改善するサプライヤ関係。
結果として組織的な摩擦が減り、「紙上で十分」なものが実生産でも十分であるという自信が得られます。
Samsung Foundryの物語はSamsung Electronics本体と密接に結び付いています:フラグシップモバイルチップの設計、大量のメモリ製造、そして製造スタックの大部分を所有する企業です。
この垂直統合は実務上の利点につながり得ます—設計ニーズとファブの実行を緊密に連携でき、戦略的な場合は取引的ではない大きな長期的資本投資を行える能力です。
高容量のDRAMとNAND運用を行う企業は、プロセス制御、工場の自動化、コスト管理で深いノウハウを築きます。メモリとロジックは異なる分野ですが、大規模製造の文化は先端ノードを研究室の性能から再現性のある高スループット生産へ移行させる際に有益です。
Samsungはまた見出しのノード以外にも成熟ノード、RF、特殊プロセスを幅広く提供しており、これらは実製品にとって「3nm対3nm」の議論と同じくらい重要になり得ます。
Samsung Foundryを評価する買い手はピークPPAの主張より運用上の予測可能性に注目することが多いです:
これらの懸念はSamsungが納品できないと言う意味ではなく、顧客はより幅のあるバッファや多めの検証工数を計画することがある、という意味です。
Samsungは戦略的なセカンドソースとして魅力的になり得ます。特に供給継続性が小さな効率差より重要な高ボリューム製品の場合です。
また、PDKやライブラリ、パッケージオプションといったSamsungのIPエコシステムと既に整合しているチームや、Samsungの広いデバイスポートフォリオと長期的なキャパシティ確保の恩恵を受けられる製品には適合しやすいです。
EUVリソグラフィは現代の「3nm級」チップを可能にする主力技術です。これらの寸法では旧来の深紫外線技術が多重パターニングを必要とすることが多く、一つの層を複数の露光・エッチング工程に分けます。
EUVはその複雑さの一部を少ない露光工程で置き換えられ、マスク数や位置ずれの失敗機会を減らし、よりクリーンな特徴定義を可能にします。
TSMCもSamsungもEUVスキャナを持っていますが、リーダーシップはそれらの工具をどれだけ一貫して高歩留まりのウェーハに変換できるかにかかっています。
EUVは微小な変動(線量、焦点、レジスト化学、汚染)に敏感であり、作り出す欠陥は明白でない確率的なものになりがちです。勝者は通常次のことを達成するチームです:
EUV装置は希少で高価であり、単一装置のスループットがノード全体のボトルネックになり得ます。
稼働率が低い、あるいは再作業率が上がるとウェーハはファブのキューに長く滞留します。長いサイクルタイムは学習を遅らせ、変更の効果を確認するのにより多くのカレンダー時間が必要になります。
マスクや工程が減れば可変コストは下がり得ますが、EUVはスキャナ時間、保守、より厳しいプロセス管理といったコストも追加します。
効率的なEUV運用は二重の勝ちです:歩留まり向上(ウェーハ当たりの良品増加)と学習速度の向上。これらは合わせて実際に出荷されるチップ1個あたりのコストを下げます。
プロセスリーダーシップはスライドでは証明されません—実製品が予定通り、目標性能で、意味のある数量出荷されることで示されます。
だからこそ「立ち上げ」言語が重要です:有望なプロセスから信頼できる工場フローに移行する混沌を表すものです。
最先端ノードは概ね三つの段階を経ます:
“HVM”の意味は市場によって異なります:
顧客はテープアウト → ファーストシリコン → 検証済ステッピング → 製品出荷の間の時間を注視します。
短いことが常に良いわけではありません(急ぐと失敗することもあります)が、長いギャップは歩留まり、信頼性、あるいは設計エコシステムの摩擦を示唆することが多いです。
内部の歩留まりチャートは見えませんが、次のような指標は観察できます:
実際には、早期の勝利を一貫した出荷に変換できるファウンドリが信用を得ます。そしてその信用は小さなPPA差より価値があることがあります。
「より良いノード」だけではより良い製品を保証しません。チップが複数ダイ(チップレット)に分割され、メモリがコンピュート近傍に積層される現代では、高度なパッケージングが性能と供給の物語の一部になりました。
現代のプロセッサは異なるプロセスで作られた複数のシリコンタイル(CPU、GPU、I/O、キャッシュ)を組み合わせ、密なインターコネクトで接続します。
パッケージングの選択はレイテンシ、電力、到達できるクロックスピードに直接影響します—接続の距離と品質はトランジスタ速度と同じくらい重要です。
AIアクセラレータやハイエンドGPUでは、パッケージのBOM(材料費)に含まれることが多いのは:
これらは“あると良い”ものではありません。優れた計算ダイが弱い熱設計やインターコネクトと組み合わさると実世界の性能を失ったり、低い電力目標に制限されたりします。
ウェーハ歩留まりが改善しても、パッケージングの歩留まりとキャパシティがボトルネックになることがあります。特に複数のHBMスタックと複雑な基板を必要とする大規模AI装置では顕著です。
サプライヤが高度なパッケージング枠を十分に確保できない、あるいは多ダイパッケージの組立て歩留まりが低い場合、顧客は立ち上げ遅延と供給制約に直面します。
TSMCとSamsung Foundryを評価するとき、顧客はますますパッケージ中心の質問をします:
実務では、ノードリーダーシップと顧客の信頼はシリコンを超え、スケールで良好なパッケージを提供できる能力まで含みます。
1〜3%のPPA優位はスライド上では決定的に見えますが、多くの買い手にとってはそうではありません。
製品ローンチが限られた窓に縛られている場合、予測可能な実行はわずかな密度差や周波数差より価値があることが多いのです。
信頼は曖昧な感情ではなく、実務的な保証の束です:
最先端の製造はコモディティではありません。サポートエンジニアリングの質、ドキュメントの明瞭さ、エスカレーション経路の強さが、問題の所要日数を2日にするのか2か月にするのかを左右します。
長期顧客はしばしば次を重視します:
企業は依存を減らすために第二のファウンドリを認定しようとしますが、先端ノードではコストが高く遅い:設計ルールが異なり、IPの可用性が異なり、実質的にチップの第二の移植(ポート)を作ることになります。
多くのチームは結局、成熟ノードか重要度の低い部品のみでデュアルソース化します。
コミットする前に次を問うべきです:
これらの答えが強ければ、小さなPPA差は決定要因になりにくいです。
ファウンドリ見積もりは通常ウェーハ当たり価格から始まりますが、その数値は最初の行に過ぎません。
購入者が実際に支払うのは期日に間に合う良品のチップであり、「安い」選択が本当に安いままであるかどうかはいくつかの要因で決まります。
ウェーハ価格はノードが新しく複雑になるほど上がります。主な要因は:
TCOの観点では比較がひっくり返ることがよくあります。再テープアウトが少ない設計はマスク費用だけでなく何か月分ものエンジニア時間を節約します。
スケジュールの遅れはウェーハ割引より高くつくことがあり、製品ウィンドウを逃せば収益を失うか在庫コストが増えるかプラットフォームのローンチが遅れることになります。
目標クロックや電力を達成するのに大量のチューニングや検証、ワークアラウンドが必要なら、そのコストは人的コストと時間に表れます。
先端では、買い手はしばしばキャパ予約に対して支払います—これは製品が立ち上がるときにウェーハが確保されるコミットメントです。平たく言えば製造席を事前に予約するようなものです。
トレードオフは柔軟性です:強いコミットメントはアクセスを良くしますが、急に量を変えにくくなります。
もしあるオプションが低いウェーハ価格を提示しても歩留まりが低かったり、ばらつきが大きかったり、再テープアウトの可能性が高ければ、良品1個当たりのコストはむしろ高くなるかもしれません。
そのため調達チームは次のようなシナリオでモデル化します:月間で目標仕様を満たす販売可能チップがいくつ得られるか、四半期ずれたらどうなるか。最良の取引はこれらの条件に耐えうるものです。
先端ファウンドリを選ぶということは、単にトランジスタを選ぶのではなく、最も価値のある製品がどこで作られ、出荷され、遅延する可能性があるかを選ぶことでもあります。
そのため集中リスクは経営レベルでの議題になります:重要なキャパシティが一つの地域に偏りすぎると、地域的な混乱が世界的な製品不足につながり得ます。
大半の先端量産は限られた拠点に集中しています。購入者は工学とは無関係の事象を心配します:海峡の緊張、貿易政策の変化、制裁、港湾閉鎖、また設備の設置や保守を遅らせるビザや物流制約など。
また地震、嵐、電力障害、水資源不足といった日常的だが現実的な問題に対しても計画を立てます。先端ファブは非常に微調整されたシステムであり、短時間の障害でもローンチ窓に波及効果を与えます。
キャパ発表は重要ですが冗長性も重要です:同じプロセスに対して複数のファブが認定されているか、バックアップユーティリティ、迅速な復旧能力があるか。
顧客は災害復旧のプレイブック、パッケージ/テストの地域分散、サイト停止時にロットをどれだけ速く再配分できるかを尋ねることが増えています。
先端ノード生産はEUVツール、堆積・エッチ装置、特殊材料といった長い装置チェーンに依存します。
輸出管理は工具の出荷先やサービス可能地域、あるいはどの顧客に供給できるかを制限し得ます。ファブが通常稼働していても、工具納入やスペアパーツの遅延、アップグレードの遅れは立ち上げを遅らせ、利用可能キャパを減らします。
企業は通常いくつかの手法を組み合わせます:
これでリスクはなくなりませんが、「会社を賭ける」依存を管理可能な計画に変えられます。
「2nm」は単なる縮小ではなく、共に到来しなければならない一連の変化の束です。
多くの2nm計画は新しいトランジスタ構造(通常はGate-All-Around/ナノシート)を想定しており、低電圧でのリーク低減と制御性向上を目指します。
またバックサイド電源供給(前面から電源線を外す)や新しい配線材料、設計ルールの改良が組み合わさり、ワイヤが主要な制約にならないようにすることが増えています。
言い換えれば:ノード名はトランジスタ+電源+配線を含む略語であり、単純なリソグラフィの微細化以上の意味があります。
2nmの発表が意味を持つのは、ファウンドリが(1)再現性のある歩留まりを出せる、(2)顧客が設計できるように十分早く安定したPDKとサインオフフローを提供できる、(3)パッケージ、テスト、キャパを整えて量産製品が実際に出荷できる、の三つを満たしたときだけです。
最良のロードマップは顧客のテープアウトを生き延びるものです。内部デモだけの図表は信用に値しません。
AIはチップを巨大ダイ、チップレット、多大なメモリ帯域に向かわせ、エネルギー制約は周波数より効率向上を優先させます。
その結果、電源供給、熱設計、先進パッケージングはトランジスタ密度と同じくらい重要になります。今後の「最良ノード」判断では実ワークロードでのワット当たり効率やパッケージオプションが含まれるでしょう。
実証済みの高い量産予測性、深いEDA/IP準備、低スケジュールリスクを優先するチームは、コストがかかってもTSMCを選ぶ傾向があります。
価格競争力を重視し、ファウンドリと協調して設計を最適化する意志がある、あるいはセカンドソース戦略を重視するチームはSamsung Foundryを評価することが多い—とくに契約までの時間や戦略的多様化がピークPPAと同等に重要な場合です。
いずれの場合も、勝つ組織は内部実行を標準化します:明確な計画、迅速な反復、仮定が破綻したときのロールバック。そうした運用マインドセットは、Reactウェブ、Go+PostgreSQLバックエンド、Flutterモバイルのようなフルスタックをエンドツーエンドで扱うプラットフォーム(Koder.aiのような)を採用する理由と同じです—迅速な反復は、予測可能であるときにのみ価値を持ちます。