チップレットとは|半導体設計の革命と経営・投資への影響を読む

チップレットとは|半導体設計の革命と経営・投資への影響を読む

結論:チップレットとは、大規模な単一チップの代わりに、機能ごとに分割した小さなチップ(チップレット)を組み合わせる半導体設計・製造手法だ。歩留まり改善・コスト削減・設計柔軟性の向上が実現でき、AMDのRyzenシリーズやIntelの最新プロセッサで採用が進んでいる。AI時代のGPU・CPU設計の主流になりつつある。

目次

チップレットとは何か|基本定義

従来の半導体設計では、CPU・GPU・メモリコントローラなどすべての機能を一枚の大きなシリコンダイ(モノリシックチップ)に集積するアプローチが主流だった。しかしムーアの法則の限界が近づくにつれ、チップが大型化するほど「歩留まり(良品率)」が低下するという課題が深刻化した。

チップレットはこの課題を解決するアプローチだ。機能ごとに小さなチップ(チップレット)に分割し、それらを先端パッケージング技術でひとつのパッケージ内に組み合わせる。

チップレットの接続にはシリコンインターポーザー・有機インターポーザー・UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)などの標準規格が使われる。UCIeはIntel・AMD・ARM・TSMC・Samsungなどが策定した業界標準で、異なるメーカーのチップレットを相互接続できる規格だ。

チップレットが注目される理由

① 歩留まりの改善

大きなチップほど不良が発生しやすい。小さなチップレットに分割することで、個々の良品率が上がり製造コストを削減できる。AMDがIntelに対して競争力を取り戻したのも、チップレット戦略による歩留まり改善が大きな要因だ。

② 異なるプロセスノードの組み合わせ

演算コアは最先端の3nm、I/Oは成熟した7nmというように、機能ごとに最適なプロセスノードを選択できる。これにより性能・コスト・消費電力を最適化できる。

③ 設計の柔軟性と再利用

一度設計したチップレットを異なる製品ラインに再利用できる。これにより開発期間の短縮とコスト削減が実現する。

AMDはチップレット戦略によりIntelのモノリシック設計に対して競争力を取り戻し、データセンター向けEPYCプロセッサで急速にシェアを拡大した。NVIDIAのBlackwellアーキテクチャもGPUダイを2個組み合わせるチップレット的設計を採用している。

チップレットと先端パッケージングの関係

チップレットの普及はCoWoS・HBM・OSATなどの後工程技術との密接な連携を必要とする。チップレットを高密度・低遅延で接続するためには、シリコンインターポーザーを使ったCoWoS(TSMCの先端パッケージング技術)が不可欠だ。

このためチップレットの普及は、後工程(OSAT・先端パッケージング)への需要増加をもたらし、日本のIBDEN・新光電気工業などパッケージ基板メーカーにも波及している。

投資・M&A視点からの評価

チップレットを投資・M&A視点で評価する際の核心は「誰が接続技術の標準を握るか」だ。UCIeなどの標準規格の普及により、異なるメーカーのチップレットを組み合わせることが容易になれば、半導体設計の民主化が進む。

M&Aの観点では、チップレット設計に必要なIPコア・EDAツール・先端パッケージング技術を持つ企業の買収価値が高まっている。またチップレットのサプライチェーン(シリコンインターポーザー・パッケージ基板・テスト装置)を担う日本企業への注目度も上がっている。

まとめ

  • チップレット=機能ごとに分割した小さなチップを組み合わせる設計・製造手法
  • 歩留まり改善・コスト削減・設計柔軟性という3つの強みを持つ
  • AMDのRyzen・EPYC、NVIDIAのBlackwellで採用が加速
  • UCIeという業界標準規格の普及で異メーカー間の接続が可能に
  • 先端パッケージング(CoWoS・OSAT)との組み合わせが必須
  • 投資評価軸:接続技術標準の握り方・サプライチェーン上のポジション

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