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【TSMC】ファウンドリ企業、ファブレス企業解説

こんにちは!yuyaです。

今回は、半導体業界と言ったら欠かせない

TSMCとはどのような企業なのか、

また半導体業界におけるファウンドリ企業、ファブレス企業とは何なのか

について

半導体企業に所属している筆者が詳しく解説します。

参考書籍

「半導体工場のすべて 設備・材料・プロセスから復活の処方箋まで」菊地正典 ダイヤモンド社

「よくわかる半導体プロセスの基本と仕組み(第4版)」佐藤淳一 秀和システム

ファブレス企業、ファウンドリ企業とは

1980年代の中ごろまで、半導体メーカーはすべて今でいうIDM*であり「設計・製造・販売」の垂直統合型の業務を自社内で行っていました(A:垂直統合モデル)。インテル、NEC、富士通、日立、キオクシア(旧東芝メモリ)など、すべて同じモデルだったでしょう。

IDM:Integrated Device Manufacturer 垂直統合型メーカーのこと

1980年代の後半からは、

  • ファブレス 製造ラインを持たず、設計だけを請け負う
  • ファウンドリ 設計は行わず、受託製造だけを請け負う

という二つの新しいビジネスが起こり、お互い垂直分業によるシナジー効果を発揮しながら発展していきました(B:水平分業モデル)。

ここでいうプロセス≒IP 以下IPの文章参照

世界の半導体売上に占める、ファブレスとファウンドリの比率は、特に1995年以降はともに右肩あがりの急速な成長を示し、最近ではファブレスとファウンドリはそれぞれ20%、10%を超えるまでに成長しています。

その背景として、「パソコンの成長と普及」が垂直分業モデルを可能にしたこと、続いて携帯電話に代表されるモバイル電子機器の爆発的成長がこのビジネスモデルをさらに後押ししたことが挙げられます。

半導体業界のビジネスモデルとその代表的なメーカーです。

業種名 特徴 代表的な企業
     
IDM 設計から生産まで一貫して
自社内で行う
(日)ルネサス、キオクシア
(米)インテル
(韓)サムスン
(欧)STマイクロエレクトロニクス
ファウンドリ 設計は行わず
もっぱら製造を請け負う
(台)TSMC、UMC
(中)SMIC
ファブライト 製造装置を保持しつつ、
一部を外部委託する
(日)富士通マイクロエレクトロニクス
(米)TI社
ファブレス 設計に特化し、
生産は100%外部委託する
(米)Qualcomm、AMD、NVIDIA、Broadcom
(台)Media Tek

また世界半導体売上高ランキングも以下に示します。

 

ICインサイツのデータをエコノミストOnlineが編集したものを引用

TSMCはファウンドリ企業、クアルコム、エヌビディアなどファブレス企業ながら

インテルやサムスンのようなIDMと肩を並べるようにランクインしており、

残念ながら日本企業はランクインしておりません。

ハイシリコン(HiSilicon)については以下の記事を参考にしてください。

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ファブレス企業

ファブレスの場合、工場を持たないため、巨大な資金は不要です。応用分野ごとにソフトとハードの両面でノウハウを持った技術者さえいれば標準的なEDAツールを用いて付加価値の高いSoCの設計が可能です。つまり人材さえ確保できれば、比較的参入しやすい業種ともいえるでしょう。

SoCはSystem-on-a-Chipの略です。 名前が示すように、SoCは単一のパッケージに含まれる完全な処理システムです。SoCには、製造された複数の処理部品、メモリ、モデム、およびその他の重要な部品が含まれています。

つまり一つのSoCには様々な役割を持つパーツが含まれており、相互に連携しあうということです。

ファウンドリ企業

ファウンドリの場合には、受託製造を主な仕事とするだけに、巨額の投資が必要です。

ただ工場を持たないファブレス企業からはもちろん、垂直統合型のIDM企業からも製造受託しますので、製造ラインを空けることなく有効活用するメリットがあります。

また最近、大手ファウンドリは汎用IP周辺回路IPなどに関するIPライブラリーを構築し、その情報をファブレス企業に提供しています。

これによってファブレス企業はコアデザインに注力できるだけではなく、設計期間の短縮も可能になるという二重のメリットが出てきました。

IP IPコア (Intellectual Property Core) の略 – 大規模論理回路の設計において、知的財産権のある特定機能回路の設計データを他のメーカにライセンス供与するときの、設計データ自体を指す。ソフトウェアにおけるライブラリに相当する。

wikipedia

このようにファウンドリそのものも、単なる製造受託ビジネスではなく、開発段階からファブレス企業と連携することでSoCソリューション(SoCを用いて特定のシステム機能を実現するための最適化を目指した技術パッケージ)を提供するビジネスへと変貌してきているのが実情です。

TSMC

TSMC(台湾セミコンダクターマニュファクチャリングカンパニー) は1987年に設立され、台湾新竹サイエンスパークに本拠を置く、顧客(ファブレス企業やIDM企業)製品の製造を受託する、専業ファウンドリビジネスモデルの先駆者です。TSMCブランドでの設計、製造、販売を一切しないことで、顧客との競争を避けます。TSMCは世界最大の半導体ファウンドリーとして、2020年には510社の顧客を対象に281種の技術を用いた11617個の製品を製造しました。

顧客企業はクアルコムAMDNVIDIAアップルファーウェイなどで、製造ラインを持たない企業(ファブレス)が多く、数百社に上ります。

幅広いグローバル客層を持つTSMCが製造する半導体は、コンピューター、通信、消費者、産業、標準半導体市場にわたり、モバイルデバイス、高性能コンピューティング、車載エレクトロニクス、IoTなど、多種多様のアプリケーションで利用されています。この多様性が、需要の変動を緩和することで、TSMCは高い設備稼働率と利益率を保つことができます。

TSMC製の半導体は、グローバルな顧客ベースにサービスを提供します。大きくて多様で、幅広いアプリケーションが含まれています。これらの製品は、次のようなさまざまな最終市場で使用されています。

  • モバイルデバイス
  • ハイパフォーマンスコンピューティング
  • 自動車エレクトロニクス
  • IoT

このような多様化は、需要の変動をスムーズに対応できます。

以下主要ICの種類とその代表的なメーカーです。

主要IC 業態 代表的なメーカー 付加価値の源泉
       
MPU IDM (米)インテル 機能
メモリ IDM (韓)サムスン プロセス
ロジック系 ファウンドリ (台)TSMC 生産システム

付加価値の源泉の住み分けをすることでTSMCが成長を続けてきたことがわかります。

米国アリゾナに建設されている半導体ファブでは、TSMCの5ナノメートル技術を利用し、半導体ウェーハキャパシティーは1か月あたり20,000枚です。建設は2021年に開始し、2024年を目標に生産を開始する予定です。

2019年のTSMC全体のウェーハ製造能力は、子会社を合わせて、年間1,200万枚 (12インチ≒300mmウェーハ換算) です。台湾国内に、12インチギガファブ 3拠点、8インチ工場4拠点、6インチ工場1拠点を有し、その他に完全子会社であるTSMC Nanjing Company Limitedの12インチ工場1拠点、米国のWaferTech、TSMC China Company Limitedの8インチ工場2拠点があります。TSMCは北米、欧州、日本、中国、韓国に拠点を置き、顧客管理や技術的なサービスを提供しており、2020年末時点のTSMCの従業員数は56,000人です。

アメリカ市場に上場しており、アメリカ製の半導体製造装置を多く保有するTSMCは、米中半導体戦争においてファーウェイに輸出制限を施さざるを得なくなりました。ファーウェイは厳しい状況にありますが、ここからピンチ(ファーウェイの冬、2000年代前半)チャンス(2019年の世界のスマホシェア2位)に変えてきたファーウェイに期待しております。

以下

半導体ファウンドリ企業の世界シェアのグラフです

サムスンはファウンドリ部分のみ計上

TSMCが世界シェアの半数以上を占めています。

ここから世界の半導体製品にはTSMCが欠かせないことがわかります。

まとめ

  • ファブレス 製造ラインを持たず、設計だけを請け負う

  • ファウンドリ 設計は行わず、受託製造だけを請け負う

TSMCはファウンドリ半導体企業ながら、世界の半導体売上高 ランキングにランクイン

これからも半導体について語ることがあるのでよろしくお願いします。

それでは

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