NVIDIAがTSMCに次世代DRAMの製造を要請か？、AIメモリ市場に新たな競争軸　海外報道

この半導体ニュースのまとめ

・TSMCがNVIDIAの要請を受け、次世代メモリ「モノリシック3D-DRAM」の製造を検討していると海外メディアが報道
・実現すればTSMCの事業領域が先端ロジックと先端パッケージングからDRAM本体の製造まで拡大
・製造拠点や投資額、生産開始時期は未定で、Samsung、SK hynix、Micronとの競争に発展する可能性

TSMCが次世代DRAMメモリ「モノリシック3D-DRAM」の製造を検討していると、米国Webメディア「The Information」が報じたのをきっかけに、多数の海外メディアが関連情報を報じている。TSMCの内部事情を知る関係者2人の話として伝えたもので、同社の大手顧客であるNVIDIAの要請を受け、製造計画の策定に着手したという。

HBM4との協業とは異なるDRAM本体への参入

TSMCはすでにHBM4開発でSK hynixと協力しているが、これはHBM向けロジック回路の製造と先端パッケージングに関する協業であり、メモリセルそのものの製造というわけではない。報じられている「モノリシック3D-DRAM」の製造が本当ならば、TSMCがDRAMそのものの製造に本格的に関わることになる。これは、TSMCがロジック半導体の受託製造と先端パッケージングの担い手から、先端メモリの製造にも関わることを意味する。

TSMCが製造を検討しているといわれる3D-DRAMは、1個のDRAMダイの内部のメモリセルを垂直方向に多層化することで記録密度を高める次世代モノリシックDRAM技術。従来、3D-DRAMと言われていた複数のDRAMダイを積み重ねてパッケージングしたHBMとは構造が異なっており、現在、Samsung Electronics(サムスン)、SK hynix、Micron Technologyなどの大手DRAMメーカーが商品化に向けた研究・開発を進めている。

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  モノリシック3D-DRAMの一例。(左)Samsungが開発中のモノリシック3D-DRAMの構造の一例。(a)ビット線を垂直にする構造、(b)ワード線を垂直にする方法で、横向きの棒状の構造がキャパシタ。(右)試作チップの断面TEM像(右)。(a)チャネル付近の構造、(b)垂直ワード線における階段状の水平ビット線、(c)垂直ビット線構造のチャネルとワード線の積層構造 (出所:J.W. Han et al.(Samsung)“Ongoing Evolution of DRAM Scaling via Third Dimension- Vertically Stacked DRAM”, 　IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits　2023、発表論文番号TFS1-1)

新工場の建設や既存工場の買収も選択肢か

計画が実行されれば、TSMCは新たにDRAM製造工場を建設するほか、既存の半導体工場の買収を通じてメモリ向けに転用する案も想定される。実際にMicronが今年3月に18億ドルでPowerchip Semiconductor Manufacturing(PSMC)から台湾の銅鑼にあるFab P5を買収し、先端メモリ生産に向けた改修を行った前例もある。ただし、TSMCの3D-DRAM生産開始時期や製造規模、設備投資額などは、実際に計画が確定しているのか含め明らかにされていない。

AIサーバの需要拡大を背景に、メモリの供給不足と価格上昇が続いている。TSMCの参入が実現すれば、先端ロジック半導体を主力としてきた同社の事業領域がDRAM本体の製造まで広がり、大手3社がほぼ独占しているDRAM市場の競争環境に変化を与えそうである。

NVIDIAや他のAI半導体設計企業にとっては、TSMCがDRAMも生産するようになれば、先端メモリの調達先が増えることとなり、サプライチェーンの強靭化や購入に際して価格交渉力の強化につながることになることが期待される。