在半導體的開發競爭中，將晶片疊加起來的「3D」堆疊技術的重要性日趨增加。美國英特爾6月在個人電腦CPU（中央處理器）領域推出新産品，提高了節能性能。台積電（TSMC）則與美國谷歌展開合作。半導體3D堆疊技術相關的市場規模到2024年將超過1.2萬億日元，設備和零部件的相關企業的競爭將日趨激烈。

    

      3D堆疊CPU的待機功耗減少9成

  

      中國聯想集團10月在世界上首次推出了螢幕可折疊的個人電腦。打開後可作為13.3英吋的大型平板電腦使用。螢幕折疊後則將顯示鍵盤，變身為小型筆記型電腦。

          

聯想的螢幕可折疊個人電腦配備了英特爾3D技術晶片

   

      成為這款終端的大腦的是英特爾6月上市的CPU。

   

      英特爾此前將分別負責「電源」、「計算」和「存儲」的功能以平面形式排列。而新産品則像3層的房子那樣，將晶片以立體形式堆疊。佈線導致的電力損耗消除，能使待機功耗減少9成。據稱每增加1層，數據處理的能源效率將提高至3倍。

      

  

      在用於智慧手機等的記憶卡領域，此前就已邁向3D化。這是因為在將相同結構的元件堆疊起來時，製造比較容易。不過，在CPU領域，要將結構不同的晶片堆疊起來，在技術方面被認為更加困難。

  

      英特爾通過在使堆疊起來的晶片縱向貫穿的電極方面下工夫等措施，攻克了難題。英特爾副總裁Chris Walker充滿信心地表示「（這一技術）將成為推動個人電腦行業發展願景的試金石」。2021年以後，預計在多個機型上應用。

     

      背後存在英特爾在左右半導體性能的「微細化」方面落後這一危機感。寫入晶片的電路的線寬越細微，越能增加電晶體的搭載量並推動半導體的性能提升。

  

      在半導體微細化技術方面領先的台積電今年開始向美國蘋果供應5奈米（奈米為10億分之1米）産品。南韓三星電子也將推進供貨準備。

  

      另一方面，英特爾在屬於1代之前的7奈米的CPU開發上耗費時間，預計量産最早也要等到2022年。在7月的財報發佈會上，該公司首席執行官（CEO）鮑勃·斯萬(Bob Swan)表示「將在緊急對策的範圍內，討論將生産委託給（外部）」。

  

      電路的線寬越是微細化，半導體量産所需的設備投資也將膨脹。要新建最尖端的5奈米工廠，需要數萬億日元規模的資金。英特爾的2019年研發（R&D）和設備投資費用達到296億美元。

    

      半導體行業相關人士指出，為走出困境，「英特爾在微細化仍然落後的情況下，搶在競爭對手之前啟動了3D堆疊技術的開發」。如果以立體形式堆疊晶片，即使是相同電路寬度，也能增加搭載的電晶體數。不過，要實現趕超並非易事。

    

      台積電正通過與客戶的合作來推進3D技術的開發。眼下，台積電似乎與谷歌在私底下合作，準備最早在2022年啟動3D産品的量産。

  

      三星電子8月宣佈，採用3D封裝技術的7奈米半導體的試製取得成功。該公司高管表示「如果利用3D這種創新，就能夠跨越半導體的極限」。

  

      英特爾聯合創始人戈登·摩爾(Gordon Moore)1965年提出了CPU性能在1年半～2年裏翻一番的「摩爾定律」。不過，拉動過去50年發展的微細化技術正在接近物理的極限。

   

      據日本電子資訊技術産業協會（JEITA）統計，物聯網（IoT）等數據産業的世界市場規模到2030年將達到404萬億日元。在今後持續發展的半導體行業，英特爾要保持盟主的地位，有必要通過3D化，持續維持摩爾定律。

  

      零部件和設備也掀起創新競爭

         

      在3D化領域，還需要零部件和設備等方面的技術創新。除了配合晶片電路等準確進行堆疊的技術之外，要散發半導體工作時的熱量，還需要在封裝材料上下工夫。美國調查公司Kenneth Research預測稱，3D封裝的市場規模到2024年將達到120億美元。瞄準這個市場，設備企業的競爭也日趨激烈。

       

日本IBIDEN將增強新一代封裝設備的産能（大垣中央事務所）

       

      瞄準這個市場的是半導體封裝的日本大型企業IBIDEN（揖斐電）。該公司將在2022年度之前投入600億日元，增強支援3D技術等新一代封裝的生産設備。計劃自2020年底逐步投入運作，並在2021年啟動量産。該公司認為「CPU需求正從個人電腦轉向數據中心，推動封裝技術的進步、提升性能的趨勢將日趨加強」。

   

      涉足切削設備的日本迪思科（DISCO)認為，3D化需要將半導體切薄的技術。該公司的社長關家一馬表示「此前直接交易較少的與大型企業的交易正在增加」。

  

      日立製作所和松下等4家企業與東京大學8月設立了「尖端系統技術研究聯盟」。將推進充分利用3D堆疊、將能源效率提高至10倍的半導體的研發等。

  

      站在微細化競爭最前沿的企業並不多。要開展最尖端的5奈米晶片的製造，需要被稱為「EUV（極紫外）」的光刻技術，核心的光刻設備被荷蘭ASML壟斷。另一方面，東京大學的黑田忠廣教授指出「3D整合的技術仍未確立。如今處在起跑線上」。對於在微細化競爭中掉隊的企業來説，挽回劣勢的機會將擴大。

  

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網）廣井洋一郎

 

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