深度解讀|「東大+臺積電」:日本半導體之再覚醒

2022-01-04 東大時事

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世界上最大的以合同形式生產半導體的代工廠--臺灣半導體製造公司(TSMC)和東京大學新近啟動了一個關於半導體的聯合研究項目。該項目匯集了許多領先的日本公司,有望成為提高日本在半導體行業主導地位的催化劑。

半導體を受託生産するファウンドリーの世界最大手、臺灣積體電路製造(TSMC)と東京大學は半導體の共同研究を開始した。そのプロジェクトには多くの有力な日本企業が集い、最先端の開発が進む。半導體産業で日本の優位性を高める起爆剤となる可能性がある。

世界政治を左右する戦略物資となった半導體を巡って各國が激しく爭う最前線を、30年以上にわたって國際報道に攜わってきた太田泰彥氏(日本経済新聞編集委員)の著書、『2030 半導體の地政學 戦略物資を支配するのは誰か』(日本経済新聞出版)から一部を抜粋、再編集して解説する(敬稱略、肩書は執筆當時のもの)。

東大とTSMCが仕掛けた起爆剤 當時、慶応義塾大學の教授だった黒田忠広の電話が鳴ったのは、2019年3月だった。 

「今、風が吹いている」 電話の主はそう言った。東京大學の知人だった。東大とTSMCが組み、次世代の半導體技術を研究する。半世紀にわたって発達してきた技術の枠を超え、産業界を巻き込んで異次元のチップを生み出す。そんな機運が高まり、東大の學內に熱い風が吹いている。 

慶大から東大に移籍して、プロジェクトを率いる役を引き受けてくれないか――。 

東芝で約20年間、半導體の開発に攜わり、學會で100本以上の論文を発表していた黒田への誘いだった。國境を越えた産學連攜の大構想は、豊富な経験があり快活な指導者である黒田の推進力を必要としていた。 

突然の依頼に驚きはしたが、會話の中に確かな「風」を感じた。強靱(きょうじん)な半導體産業を築くための設計図は、既に黒田の頭の中にあった。 

「分かりました。やりましょう」 その後に日本の政官界、産業界を覚醒させることになる作戦が、この時、起動した。 東大とTSMCの連攜には伏線がある。東大総長の五神真が2018年末に臺北を訪れた際、舊知のTSMC創業者のモリス・チャンを訪ねたのがきっかけだった。チャンは「自分はもう引退したから」と、現會長のマーク・リュウを五神に紹介した。 

その會談に同席したのが、米スタンフォード大學教授でTSMCの研究開発部門のトップを兼務するフィリップ・ウォン(黃漢森)である。半導體の未來について語り合ううちに、「東大とTSMCで一緒に何か面白いことをやろう」という話になった。 

五神の動きは速かった。日本に帰國すると同時に、日臺連攜の枠組みを練り始める。業界の裡方に徹していたTSMCが、公式に日本の産學界とパイプでつながるのは、初めてのことだ。 

慶応大にいた黒田に白羽の矢が立ったのが翌2019年の春。黒田は8月に正式に東大に教授として移った。東大でおそらく過去最速のスピード人事だった。 

東大にシステムデザイン研究センター(d.lab=ディーラボ)が発足したのは2019年10月。さらに2020年8月には先端システム技術研究組合(RaaS=ラース)を立ち上げた。前者のディーラボは、會員制で広く企業を募り、知見を共有しながらオープン方式で課題を話し合う、いわば開発エンジニアの広場である。 

半導體を使って何をしたいか。どんなチップを作るか。そのためにどんな技術がいるか――。學內の電子工學系の各研究室も協力し、會員企業が自由に議論する。そのアイデアを形にしたプロトタイプをTSMCが製造する。 

TSMCと組んだ東大の求心力は強い。半導體に直接関係する業界だけでなく、化學、精密機械、通信、ベンチャー企業、商社などが関心を寄せ、當初から40社以上の企業が集まった。 

後者のラースでは、個別の企業と東大・TSMCが具體的な技術の開発を、クローズドで進める。核となる企業として、日立製作所、パナソニック、凸版印刷、ミライズ テクノロジーズの4社がまず手を挙げた。各社のプロジェクトの中身は企業秘密であり、外部からはもちろん、他の會員企業も見ることはできない。具體的な目標を定めた研究開発であるため、億円の単位の開発費をラースに投じる企業もある。 

ラースのメンバーに外國企業はいない。「いない」というより、「入れない」と言った方が正確かもしれない。日本の地政學的リスクにかかわる國家戦略そのものだからだ。

ミライズ――トヨタが見ている自動車の未來

 半導體と電機や素材メーカーに交じって、メンバーの中で異色の存在感を放っているのがミライズだ。この社名になじみがない方は多いだろう。実體は、トヨタ自動車とデンソーが、グループの専用チップを開発する目的で2020年4月に設立したばかりの會社である。 

実はトヨタとデンソーは、これまでにも半導體を自社で製造してきた。自動車に載る機器を動かすためのパワー半導體や、加速度センサーなど車の五感となるセンサー類である。両社は愛知県豊田市、額田郡、巖手県金ケ崎町などに自社の工場を持っている。巖手の工場は2012年に富士通から買収したものだ。 

だが、機器の頭脳にあたる高度なロジック半導體の経験はなかった。ラースへの參加は、トヨタが半導體の大口ユーザーの立場から、自分で半導體を作るメーカーの立ち位置に「下りてくる」ことを意味する。 

トヨタが東大・TSMCと一緒に何をしようとしているのかは秘中の秘だが、同社が近未來のビジネスモデルとして、「MaaS(Mobility as a Service)」を掲げていることを考えれば、容易に想像がつく。MaaSとは車のハードウエアではなく、車によって移動すること自體をサービス事業として売る考え方だ。 

例えば自動運転がある。自動車は高速で走るため、データをいちいち遠方のサーバーに送るのでは間に合わない。視覚センサーが捉える道路の狀況は刻一刻と変化し、リアルタイムで地図情報と照らし合わせながら車を操作する必要がある。 

映像を人間以上の素早さで認識するにはAIがいる。ステアリング、モーター、電池などを正確に動かす機能も備えなければならない。こうした大量のデータを車の中でローカルに処理しない限り、人間なしでの運転は不可能だ。 

そのために必要となる専用のチップを作れるのは、車のすべてを知る自動車メーカーだけだろう。逆に言えば、自動車メーカーは専用チップを自分の力で開発しない限り、自動運転にたどり著けない。

開発効率の大幅向上で半導體を「民主化」

 ディーラボのセンター長に就いた黒田は、今「50年に一度の大舞臺が回ろうとしている」と語る。 

「これまでの半導體ビジネスは安価な汎用チップを大量生産することが王道でしたが、特注で少量生産する専用チップに主役が代わりつつあります。規格化した出來合いのチップを組み合わせるだけでは、社會問題を解決し、未來の社會を築くサービスや機器を作れません。カギを握るのは社會問題を肌で感じている企業、つまり、これまではチップを使う側にいた企業です」 「ところが、専用チップにはカネも時間もかかる。ユーザー企業が俊敏に設計できるようになるには、コンピューターによる自動設計が欠かせません。ソフトウエアを書くようにプログラミングするだけで、自動的に半導體チップができるような設計ツールが必要になります」 黒田が掲げているのは、開発の効率を現在の10倍に引き上げるという目標だ。このツールさえあれば、半導體の開発は米國や中國などの一部のメーカーの獨壇場ではなくなり、半導體メーカーではない様々な企業が自前のチップを手にすることができる。半導體が社會のインフラであるならば、誰もが半導體の技術にアクセスできなければならないはずだ。黒田はこれを「半導體の民主化」と呼ぶ。 

黒田のチームの試算によると、5G地上局のチップを従來の手法で開発する場合、期間が14カ月、開発費が45億円かかる。それが自動設計ツールと3次元(3D)の集積技術を使うと6カ月、15億円に短縮でき、しかも性能が約2倍になるという。 

だとすると、民主化を可能にする自動設計ツールを握る企業や國が、近未來の半導體バリューチェーンのチョークポイント(急所)を制するのではないか。 設計支援ツールは今のところ米國の3社による寡佔狀態であり、トランプ政権が中國向けの半導體にツールを使うことを禁じたため、ファーウェイは完全にお手上げとなった。

●日本の覚醒が始まった

 日本も米國だけに依存するわけにはいかない。次世代の自動設計ツールの知的財産(IP)を日本企業が持ち、外國の企業に供給する立場になれば、日本の優位性は一気に高まるはずだ。黒田のプロジェクトには、地政學的な変革を起こす起爆力がある。 

もちろん、世界での競爭は厳しい。米國、中國をはじめ世界の企業は、新しい設計ツールの開発にしのぎを削っている。中でも米國防総省の國防高等研究計畫局(DARPA)が指揮する米國の研究開発の動きは速い。當然、中國でも同様のプロジェクトが進んでいるはずだ。 

たしかに日本にはグーグルやアマゾンはいない。極超音速ミサイルやロボット兵器を作る企業もない。だが、少子高齢化が進む日本は、人々の暮らしの質が問われる「課題先進國」である。大舞臺が回り、次世代の半導體チップが求められる今は、社會的な課題を多く抱える日本の大チャンスなのかもしれない。 

生産年齢人口の減少、都市部への人口集中、インフラの老朽化、気候変動による自然災害の増加――。日本が直面する社會問題は、様々な分野で半導體の用途を広げるだろう。 

東大の黒田のもとには、思いもよらぬ業種の企業から「こんなチップを作れないものでしょうか」と奇想天外なアイデアが寄せられているという。1980~90年代の活力を失ったとされる日本企業も、捨てたものではない。現場での経験に基づく半導體のユーザー企業の知見が、日本の半導體技術を押し上げる。 

覚醒は始まっている。

太田 泰彥

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