半導体に依存する産業における覇権をめぐり両国が競い合う中、AIは先日行われた米中首脳会談の最重要議題となった。
米国の輸出規制のため、中国は高度なチップの製造やAI産業の規模拡大に必要な極端紫外線リソグラフィー技術を入手できない。
その代わりに、中国は電気自動車（EV）分野での成功を再現しようと、より優れたリソグラフィー技術を超えた次世代半導体アーキテクチャへと飛躍的に移行し、将来必要とされる最も強力なAIチップを構築しようとしている。
先月、習近平国家主席がドナルド・トランプ大統領との会談のためワシントンD.C.に到着した際、人工知能（AI）が最重要議題となった。「AIで勝った者が勝つ」と、トランプ大統領は両首脳による2回目の首脳会談に先立ち宣言した。
このレースはどれほど接戦なのか？ホワイトハウスのAIアドバイザーは、米国のリードはわずかだと述べている。 生後6～9ヶ月人類の歴史という観点から見れば、それはまさに写真判定のような接戦だった。
しかし、両国はそれぞれ異なる資源不足に直面している。米国は半導体チップは豊富にあるものの電力不足に悩まされており、中国は電力は豊富にあるものの先端半導体チップが不足している。半導体分野におけるこのギャップを埋めることが、中国にとって最優先の技術課題となっている。
中国が購入できない機械
中国で最も深刻な不足点は、人類がこれまでに製造した最も複雑な装置の一つである極端紫外線（EUV）である。 リトグラフ ―オランダのASML社のみが開発・販売している。
最新バージョンの価格はおよそ 4億ドルEUVは、地球上のすべての先進的なチップメーカーが7nmノード以下の構造を印刷し、トランジスタを密集させて半導体材料1平方ミリメートルあたりの演算能力を高める方法です。そして、 米国は中国がそれを購入することを阻止した。
中国は独自のEUV技術を開発しようと試みてきたが、その進捗は遅々としている。昨年の夏、中国が初の国産液浸深紫外線（DUV）スキャナーの少量生産を開始したと報じられた。これは、同等の装置が最先端の技術に比べて約4世代遅れている、つまり非常に遅れている。 ASMLのTWINSCAN NXT:1950iは2008年に発売されたが、輸出管理リストにすら掲載されていない。。
中国の技術者や科学者は、制約の中でどのように革新的な技術を生み出しているのだろうか？
中国はいかにして電気自動車のイノベーションで他国を追い抜いたのか
中国には「弯道超車」という戦略的なフレーズがある。これは「カーブで追い越す」という意味で、直線道路では車を追い越すのがはるかに難しいことを示している。中国はこの戦略を自動車で実践してきたことで有名だ。
彼らは、内燃機関の技術開発に全力を注いだとしても、成功したとしても、フォード、トヨタ、フォルクスワーゲンといった巨大企業と競合する、およそ20社の世界的な自動車メーカーのうちの1社に過ぎないことに気づいた。
その代わりに、中国は当時まだ黎明期だった 次世代プラットフォームとしての電気自動車（EV） – 技術的な飛躍。この賭けは彼らの「863 電気自動車プログラム「第10次5カ年計画（2001～2005年）から始まり、2009年に続く」10都市、1000台の車両" 主導権。
その野望は実を結んだ。中国の自動車メーカーは 2025年までに世界の電気自動車販売台数の60％を占めるそして中国はドイツと日本を追い抜いて 世界最大の自動車輸出国。
シリコンに同じ原理を適用する
中国の半導体メーカーは、既存の半導体との性能差を縮めるだけでなく、業界をリードしたいと考えている。
最も分かりやすい例は タウ（τ）スケーリング法則昨年の夏にムーアの法則の後継者候補として発表された、 コンピューティング能力は大幅に向上するだろう マイクロチップ上のトランジスタ数は約2年ごとに倍増しており（同時にトランジスタあたりのコストは低下している）、これはファーウェイが独立性を確立するために22年間チップの研究開発に投資してきた成果の集大成と言える。
タウはギリシャ文字で tは時定数の略記です。ここでの考え方は、EUVによって得られるトランジスタサイズの最適化をやめて、信号がトランジスタ間、チップ間、サーバー間を通過するのにかかる時間を最適化することです。
その本質は、配線の短縮、電気抵抗と静電容量の低減、そしてチップ間の連携強化によって、より小型のトランジスタだけに頼ることなく、計算処理をより高速化し、エネルギー消費量を削減できるという点にある。
例えば、 大規模なAIクラスタでは、エネルギーの80%以上がトランジスタゲートでの演算ではなく、配線を通じたデータ転送に費やされている。つまり、頻繁に通信を行うトランジスタ間の配線を短くすることは、状況を一変させる可能性を秘めている。
これを実現する一つの方法は、三次元構造を採用することです。ファーウェイの技術の一つであるLogicFoldingは、チップ内で最も処理負荷の高いブロックを、垂直方向に結合された2つの層に分割し、長い水平方向の配線を短い垂直方向の配線に変換します。
これは単なる3Dスタッキングではありません。ファーウェイは他社をはるかに凌駕する技術を採用しており、2つの階層にわたるロジックを最初から1つの回路として設計しています。従来のチップスタッキングは、それぞれ独立して設計された2つのオフィスビルを正面玄関で通路で接続するようなものだと考えてください。一方、ファーウェイのLogicFoldingは、階段や配管設備を各階にわたって1つのシステムとして配置し、最初から1つの建物として設計します。
これにより、垂直方向の接続密度が大幅に向上する。 およそ10～40倍 単位面積当たりで最良のものより TSMCやインテルは大量生産を行っている 今日。そしてこれは実験室での実験ではない。この方法で製造された最初のチップは、今年9月に販売された。 ファーウェイのMate XT2三つ折りスマートフォン。
確かに、この技術は大型のAIプロセッサよりも小型のスマートフォン用チップの方が実現しやすい。しかし、そのスマートフォン用チップでは、CPUのトランジスタ密度が55%向上し、消費電力が41%低下した。GPUとNPUでも同様の性能向上が見られた。
中国のメモリ企業もまた、3D技術に大きく舵を切った。YMTCは2019年に独自のXtackingアーキテクチャに基づき、ウェハ間ハイブリッド接合技術を商用化し、それに関連する特許を多数保有している。
2025年にはサムスンは YMTCのハイブリッドボンディングに関する知的財産権をライセンス供与する 移動しながら 400層以上のボンディングNAND一方、キオクシアとSKハイニックスも同様のアーキテクチャを追求している。中国の半導体技術は急速に業界標準になりつつある。
光はイノベーションのもう一つの分野です。光子は電子よりもはるかに安価にデータを伝送できるため、ファーウェイはこの分野に多額の投資を行っています。例えば、同社は 7.2テラビット/秒のニアパッケージ型光モジュールブロードコムをわずかに上回る。そしてファーウェイ SuperPoDシステムには8,192個のアクセラレータが配線されている。 光ファイバーを介して単一システムに統合する一方、Nvidiaはラック内部に依然としてより多くの銅線を使用している。
中国企業は現在、真の3Dチップの製造、電子を光に置き換える技術、そしてデータセンター全体の最適化において最先端を走っている。
ムーアの法則は、決して小型トランジスタだけの話ではなかった。
これが皆の懸念事項となる理由です。ムーアの法則は10年前から衰退し始めているのです。
ムーアの法則は「より小さく、より高密度に」という形で表現されるが、その本来の目的は、トランジスタを小型化することでコストを削減し、つまり1ドルあたりの性能を向上させることだった。しかし、その約束は破綻した。その兆候の一つは、ASMLが最新のEUV装置を出荷した際、TSMCが 当初は、価格が高すぎるとして購入を断った。。
世界中のすべての半導体メーカーは、より高度なリソグラフィ技術にとどまらない技術を必要とするだろう。つまり、コストパフォーマンスの曲線を下げ続けるためには、3Dやフォトニクスといった斬新なアーキテクチャを模索する必要があるということだ。そして中国は、イノベーションを起こす必要があったため、こうしたアプローチを早期に追求し始めた。
あらゆる兆候から、中国国外の半導体メーカーが、中国国内で開発された半導体技術のライセンス取得をますます望むようになっていることがわかる。サムスンはすでにYMTCのボンディング特許を取得している。
中国はいかにして半導体イノベーションを推進できるか
しかしながら、EUVへのアクセス不足は依然として大きな障害となっている。
中国の製造力を考えると、 エポックAIの推定値 ファーウェイは2026年にはNvidiaのAIコンピューティングの4%未満しか生産せず、ファーウェイのチップはチップあたりの性能でNvidiaに引き続き劣るだろう。 3～4年 少なくとも2030年までは。
ファーウェイ自身が目標とする最先端技術相当のトランジスタ密度は2031年だ。それでもTSMCが現在量産している水準に匹敵するに過ぎず、TSMCも現状維持に甘んじることはないだろう。
中国は電気自動車分野での飛躍的な進歩を半導体分野でも再現できるだろうか？半導体分野で乗り越えなければならない壁は、より深い。しかし、中国は他国が進む道を変えるために、必ずしも完全に勝利する必要はない。
地政学的な側面は一旦脇に置いておこう。
中国の技術者や企業が未開拓の研究開発の道を歩むことを厭わない姿勢は、人類の革新能力を大きく高めるものである。 輸出規制の意義は、半導体ロードマップを一つから二つに分割したことにある。二つの独立した取り組みによって、これまで一つでカバーできた設計領域よりも広い範囲を網羅できるようになった。さらに、中国の技術者が先駆的に開発した多くの技術は、EUVリソグラフィと組み合わせて使用できる。
将来、最も高性能なAIチップには、東洋と西洋両方の指紋が刻み込まれる可能性は十分にある。
