この週末、IntelとTSMCから先端テクノロジー2件の発表があった。IntelはアイルランドのFab34で進めてきた、4nmプロセス相当の「Intel 4」プロセスの生産ラインが完成したというニュースであり、TSMCは3D-IC向けの設計を容易にするツール「3Dbox 2.0」の発表である。Intel 4はTSMCに追いつきつつあることを示し、TSMCは3Dbox 2.0で先端パッケージ技術のリードを狙う。

図1　Intel 4プロセスの生産が始まったアイルランドのFab34　出典：Intel

Intel 4プロセスではEUVを導入しており、アリゾナ州の工場と同様な生産ラインを構築している。欧州で初めての4nmプロセスの量産を可能にする（参考資料1）。Intelは2025年までに4年間に5つのプロセスノードを提供することを表明しており、今回のIntel 4はその一環を担う。今年の12月から量産を始める新しいパソコン用プロセッサ「Core Ultra（コード名Meteor Lake）」やサーバー向けの次世代Xeonプロセッサ などを生産する予定になる。

もともとIntelのアイルランド工場では進んだプロセスラインを持ってきており（参考資料2）、1989年の工場設立以来、合計300億ユーロを投資してきた。今回、Fa34は2019年に建設を開始、このファブには170億ユーロを投資した。これによってこれまでの2倍の生産能力を提供できるようになり、これまでの4900名の社員に加え、1600名の雇用が生まれることになる。

TSMCが3Dbox 2.0を用意した（参考資料3）のは、3D-ICでの最大の問題は設計であることが実際に携わっている企業から強く言われるようになってきたことが背景にある。TSMCはかつて、ファウンドリとして多くの顧客からフォトマスク（設計データ）をいただいてすぐ生産できるようにするため、15年前にはOIP（Open Innovation Platform）を立ち上げ、PDK（Process Development Kit）を充実させた。TSMCが多くの顧客に対応できるようにするため、例えばゲート閾値電圧Vthの種類を定義したPDKを使って実回路設計をしてもらうようにしたことで、多くの顧客を取り込むことができた。今回の3Dbox 2.0は、3D-IC・先端パッケージで、顧客やサプライヤーなどパートナーを囲い込もうとする意図が透けて見える。

チップレットや3Dパッケージングをとり入れた、生成AI向けのプロセッサ「MI300」を開発してきたAMDは、性能やメモリの実装面積、AI用のバンド幅などを向上させるため、TSMCと密にコラボしてきた。TSMCが開発した3Dboxのエコシステムによって3Dチップレット製品の市場への出荷が早まったとAMDは述べている。

今回の3Dbox 2.0は、オープンスタンダードにしている3Dboxで3D-ICの設計をモジュール化し、簡素化した実績をもとに、3Dのアーキテクチャに消費電力や熱の問題をとり入れたもの。これによって先端パッケージの設計者は、電力ドメインの仕様と3D化の物理的な制約を取り込み、3Dパッケージの中で、電力と熱のシミュレーションを可視化できるようになる。また、3Dbox 2.0にはチップレットを再利用できるようにしているため、設計工程の生産性が上がる。

3Dbox 2.0は、主要なEDAベンダーからもサポートを取り付けており、先端パッケージの設計・検証ソリューションと合わせることで、設計の決定を速め、最終的な設計インプリまでの設計期間を短縮できるとしている。また、チップレット設計の標準化のための3Dbox 委員会を立ち上げた。10のテクニカルグループがいろいろなテーマを議論し仕様を決めていく。EDAツールのインターオペラビリティも維持する。

3D-ICや先端パッケージには1社では対応できないため、TSMCは3DFabric Allianceも立ち上げた。特に半導体設計からメモリモジュール、サブストレート技術、テスト技術、製造技術、パッケージング技術をつなぐためだ。21社のパートナーが参加しており、例えばメモリはHBMやSRAMを生成AIなどには必須なため、Samsung、SK Hynix、Micronと組み、サブストレートではイビデン、台湾のUMTCと組んでいる。テスト技術ではアドバンテストとTeradyneのATEベンダーと組み、3D-ICのテスト技術を開発する。先端パッケージでもTSMCは先端を走るようだ。

参考資料
1. "Intel’s New Fab in Ireland Begins High-Volume Production of Intel 4 Technology", Intel (2023/09/29)
2. Intel in Ireland, Intel Ireland Fact Sheet,
3. "TSMC Announces Breakthrough Set to Redefine the Future of 3D IC", TSMC (2023/09/28)