みなさん、こんにちは。このブログを書いている東急三崎口です。
この記事では、半導体業界の仕組みについて解説していきます。
半導体と一言で言っても、幅が広くて業界の中の人でないと会社の名前を聞いても何をやっている会社なのかわからないことがよくあります。
例えば、最近話題になっているTSMCという台湾の会社があります。TSMCの名前はよく聞くけれど、具体的にどんなものを作っている会社なのかわかりますか？
名前は知っていても、TSMCが何を作っていてどんな会社なのかはわからないのが実際のところだと思います。
そんな方向けに、半導体業界の仕組みを大きな視点で解説していきます。
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【プロフィール】
名前：東急三崎口
経歴：学生の頃から半導体の研究を始め、半導体メーカーで約3年勤務。ロジック半導体・メモリ半導体が専門
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半導体業界の会社は大きく3つに分けられる
半導体業界を語るときに一番よく使われる分け方は、作っている製品によって分ける方法です。
半導体業界は分業が進んでいます。作る製品によって会社が分かれているんです。大きく分けるとこの3つに分かれます。
半導体デバイスメーカー
半導体製造装置メーカー
半導体材料メーカー
半導体デバイスメーカー
デバイスメーカーは、半導体から作られた「デバイス」を作っています。
例えば、スマートフォンやPCの中に入っているCPUなんかがその一例です。
CPU以外には、スマートフォンのカメラや、スマートフォンのデータを記憶しておくフラッシュメモリなんかがあります。
デバイスメーカーは、半導体デバイスを必要とするお客さんに性能を満たすデバイスを作って供給します。
このように、お客さんが必要なデバイスを材料や装置を使って実際にデバイスとして作るのが、半導体デバイスメーカーの仕事です。
半導体製造装置メーカー
半導体製造装置メーカーは、半導体デバイスを作るための装置を作っています。
半導体は、1つ1つの工程を組み合わせて作っていくんですが、1つ1つの工程に「専用の装置」が必要になります。
半導体デバイスメーカーは、専用の装置をたくさん工場に並べているんですが、装置を作る専門のメーカーが半導体製造装置メーカーです。
半導体材料メーカー
半導体材料メーカーは、半導体デバイスを作るための材料を作っている会社です。
半導体デバイスを作るための材料で一番有名なのが、シリコンウエハです。
シリコンウエハは、ものすごい純度を高めたシリコンを円板状にスライスしたものです。
非常に高い純度が必要になるので、シリコンウエハを作る専門の会社があるわけです。
シリコンウエハに限らず、半導体デバイスを作るためには専用の材料が必要になるので、材料を作る専門のメーカーとして半導体材料メーカーがあります。
3つのメーカーの関係性
半導体業界には3つのメーカーがあることを解説しました。
これら3つのメーカーの関係性を簡単に図にするとこうなります。
半導体材料メーカーは、半導体デバイスを作るうえで必要な材料を半導体デバイスメーカーに売ります。
半導体製造装置メーカーは、半導体デバイスを作るために必要な装置を半導体デバイスメーカーに売ります。
売るだけではなく、装置のメンテナンスも行うことが多いです。
半導体デバイスメーカーは、半導体デバイスを作るための工場を建てる必要があります。その中に、製造装置メーカーから買った装置を並べます。
そして、半導体デバイスを作るための工程の処理順を決めます。処理順を決めたら、決めた順番に従ってシリコンウエハを処理していきます。ウエハを順々に処理していくと、最後には製品になる半導体デバイスが出来上がります。
出来上がったデバイスを、必要とするお客さんに売るわけです。
最終的にお客さんのもとに渡った半導体デバイスは、スマートフォンの中などに組み込まれて私たちの手元に届きます。
3つのメーカーの関係性は、ちょっと複雑ですね。
料理に例えてみます。みなさんが、中華料理店で中華料理を食べる時のことを思い浮かべてください。
例えると、材料メーカーが八百屋さん、装置メーカーが中華鍋屋さん、デバイスメーカーが中華料理の料理人です。
中華料理の料理人はレシピを知っていて、最終的な料理を作るのに最適な道具や材料を使いますよね。
料理で言うところのレシピを知っていて、美味い料理を作るのがデバイスメーカーの役割です。
どれだけ良い素材を使っても、どれだけ性能のいい中華鍋を作れても、レシピを知らなかったら美味しい料理は作れないわけです。
半導体デバイスは用途別にメーカーが分かれている
半導体材料メーカーや半導体製造装置メーカーは、会社によって得意な分野が決まっていて、基本的には得意な分野で製品を作っています。
例えば、シリコンウエハのメーカーはシリコンウエハを作ることに特化しています。
(もちろん、複数の材料や複数の工程の製造装置を作っているメーカーはあります。ただ、それぞれの分野で競合と比べた強みがあるのが大前提です。)
半導体デバイスメーカーに関しては、使うデバイスの用途によってメーカーが分かれています。
使うデバイスは、大きく分けても6つあります。
【半導体デバイスの分け方】
・ロジック
・メモリ
・センサ
・パワー
・アナログ
・ディスクリート
ロジック
ロジック半導体は、デジタルの情報を処理するための回路から作られています。
よく使われているのは、スマートフォンやパソコンのCPUです。CPU以外にも、テレビのリモコンなどちょっとした情報を処理するところにもよく使われているんです。
リモコン程度だとそれほど高い性能は必要ありませんが、普段使っているスマホのCPUはとても性能が高いんです。
今のスマホのCPUは、10~20年前の最先端のパソコンに積まれているCPUの性能を超えています。
とても技術の進歩のスピードが速く、世界で最先端の研究開発をが行われています。
実は、TSMCは世界最先端のロジック半導体を作っている会社なんです。
メモリ
メモリ半導体は、何かを記録しておくための半導体です。
わかりやすい例だと、データを持ち運びするときに使うUSBフラッシュメモリがあります。
半導体メモリも技術の進歩が激しく、年々容量が増えています。
細かいことを言うと、半導体メモリには大きく分けてDRAMとNANDフラッシュメモリの2つに分けられます。
違いを知りたい方は、こちらの記事を読んでみてください。
半導体メモリの大きなメーカーは、Samsungがあります。
センサ
センサ半導体は、センシングのために使われる半導体です。センシングと言っても、難しいことはありません。
最近だと、スマホなどのカメラによく使われています。
スマホのカメラには、CMOSイメージセンサと呼ばれる半導体が使われています。
10年くらい前のカメラだと、CCDと呼ばれるセンサが使われていました。CCDもCMOSイメージセンサも半導体を使って、写真を撮っているのは変わりありませんが、仕組みが少し違います。
イメージセンサは、車の自動運転が発展するにつれて使われる量が増えると予測されています。
作っているメーカーとしては、SamsungやSONYが有名です。
パワー
パワー半導体は、大きな電力をコントロールするのに使われます。
大きな電力と言うと、例えば発電所や変電所など電圧や電流が非常に大きいものを指しています。
普段私たちが直接使うことはありませんが、生活のために非常に重要です。
発電所や変電所以外だと、新幹線の制御や自動車のモーターの制御なんかにも使われています。
パワー半導体について詳しく知りたい方は、こちらのサイトがおすすめです。
パワー半導体について、基礎からわかりやすく解説されています。
https://www.semiconductor-industry.com/
作っているメーカーとしては、海外ですがインフィニオンという会社が有名です。
半導体デバイスの中で、日本のメーカーがある程度競争力を持っている数少ない分野でもあります。
アナログ
アナログ半導体は、アナログデータをデジタルデータに変換したり、デジタルデータをアナログデータに変換したりする時に使われます。
アナログデータとデジタルデーターの違いを一言で言うと、アナログデータは連続的で時間によって変化するデータで、デジタルデータは0と1で表され時間によって変化しません。
アナログデータの例は、例えば心拍数・温度・光などがあります。
人間の生活で使われるデータはアナログデータがよくあります。生活でよく使うアナログデータをデジタルデータに変換してくれるのがアナログ半導体です。
有名なメーカーとしては、アメリカの会社ですがTexas Instrumentsがあります。
ディスクリート(個別)
ディスクリート半導体は、個別半導体とも呼ばれます。
1つの素子に、1つの機能を持っているものをディスクリート半導体と言います。
なぜわざわざ、1つの素子で1つの機能のものをディスクリート半導体と呼ぶのかというと、一般的な半導体は複数の素子を組み合わせて1つの基板上に作っているからです。
例えば、ロジック半導体で作られているCPUは、トランジスタと呼ばれる素子が1つのチップ上に数億~数百億個集められています。(ちょっと想像できないですよね。。。)
一方、ディスクリート半導体は1つの素子で1つの機能しか持たない製品です。ディスクリート半導体とひとくくりにすると、数多くの部品が入ります。
例えば、半導体を使った部品にはトランジスタやダイオードと呼ばれるものがあります。これらを、1つの素子だけで独立させたものは、ディスクリート半導体になります。
ディスクリート半導体を作っているメーカーは、様々ありますが例えばロームという日本のメーカーがあります。
私たちが生活の中で半導体を意識しない理由
ここまで、半導体デバイスの分け方についてみてきました。
結構いろいろなところに、半導体デバイスは使われています。
しかし、みなさんが普段生活していて半導体を意識することはほとんどないはずです。
生活に欠かせないものになっているはずなのに、半導体を意識することが無いのはなぜなのかスマホと車の例を出して解説します。
スマホ
スマホは現在では、ほとんどの方が持っているはずです。
スマホを使うときに、半導体について意識すること
は無いはずです。半導体について意識することが無いのは、スマホを使ううでは画面上で操作ができて、アプリを使う時でも画面上の操作だけで完結するからです。
実は、スマホの中身は半導体の寄せ集めのようなものです。情報処理をしてくれるCPUはもちろんのこと、データを記憶するためにも半導体メモリ(NANDフラッシュ)が使われています。
また、カメラにもCMOSイメージセンサが使われていますし、データ通信をする部分にも通信用の半導体が使われています。
おまけに、タッチして操作できるディスプレイも、半導体から作られています。
スマホは、本当に半導体の塊のようなものなんです。
半導体の塊のようなものを毎日触っているのに、半導体について全く意識しなくていいのはなぜでしょうか。
その理由は、私たちの見えないところに半導体が入っていて、半導体がどんな仕組みで動いているのかを全く知らなくても、使えるようにスマホが設計されているからです。
このように、半導体は私たちの生活に不可欠な存在になっているのに黒子のような立ち位置なんですね。
車
次に車の例を考えます。車を運転するときに、半導体について意識する方は皆無だと思います。
私自身も車を運転するときに、半導体の「は」の字も考えません。
しかし、車の制御は電子制御がかなり増えており、電子制御ということは半導体が必ず使われています。
それこそ、新しい車だとスピードメーターやタコメーターも液晶画面表示になっていることも多いと思います。
また、アクセルを踏んだら車が加速しますが、アクセルの踏み具合をセンサで読み取って、踏み具合に対応する燃料を噴射するわけですが、その間の制御も半導体が行っています。
もはや、車も半導体無しでは作れなくなっているくらいです。
しかし、車を運転する時にも半導体を意識することはありません。
この理由は、運転している人が半導体が何をやっているか全く考えずに運転できるように車が設計されているからです。
またしても、半導体は黒子のような立ち位置になっているわけです。
今後も成長が期待できる産業
スマホと車の例を出して、半導体が黒子になっていることを解説しました。
わざわざ半導体が黒子になっていることを説明したのは理由があります。
その理由は、半導体が黒子のように使われているので、世界で現在どれほど半導体がたくさん使われていて、今後も使われる数が増えていくことが予測されていることが、実感しにくくなっているからです。
半導体に関わっている仕事をされている方でなければ、生活の中でどこに半導体が使われているのかなんて気づけないくらいでしょう。
半導体の需要は今後も増え続けていくことが予測されていますし、半導体産業も大きくなることが期待されています。
このことを、どうしてもお伝えしたかったんです。
今後も伸びていくと考えられる半導体業界に興味を持たれた方は、こちらの記事も読んでみてください。
まとめ
この記事では、半導体業界の枠組みについて解説しました。
ポイントをまとめます。
【半導体業界の会社の分け方】
半導体デバイスメーカー
半導体製造装置メーカー
半導体材料メーカー
【3つのメーカーの関係性】
【半導体デバイスの分け方】
・ロジック
・メモリ
・センサ
・パワー
・アナログ
・ディスクリート
最後に、半導体は私たちの生活に無くてはならないものになっていて、半導体産業は今後も伸びることが予測されています。
半導体業界に興味を持たれた方は、是非こちらの記事も読んでみてください。
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