ASML(ASML.US)の投資家デーを通じて見ると、チップ産業は様々な不確実性に直面しているにも関わらず、全体のマーケットは依然として強い弾力性を示しています。ASMLを例にとると、2024年には2030年までの財務予想を確認し、年収は440億から600億ユーロの間に、粗利率は56%から60%の間になるとしています。この予想は2022年に発表された目標と一致しており、ASMLはグローバルな半導体産業における戦略的安定性と持続的成長の可能性を示しています。

半導体産業全体を見ると、資本支出の持続的な増加と技術革新の進展が、半導体業界のグローバル経済における中心的な地位をさらに裏付けています。特に注目すべきは、中国が世界最大の半導体マーケットとして、産業チェーンにおける参加度と影響力が徐々に高まっており、この分野で無視できない力となっていることです。

資本競争の下にある半導体産業

資本支出は、半導体業界の発展状況が健康であるかどうかを測る重要な指標です。ASMLの投資家デーの情報によると、下の図に示されているように、2015年から2024年にかけて、半導体エコシステムのEBIT（利息と税金を控除する前の利益）や研究開発支出（R&D）の数値は年々増加しており、EBITは毎年平均10%の成長率、研究開発支出は僅かに前者を上回る12%の成長率を記録しています。（注：EBITは簡単に言うと、企業が利息と所得税を控除する前の利益です。EBITと純利益の違いは、EBITが企業のコアビジネスの収益性をより直接的に反映し、純利益は企業全体の収益性を反映する点です。）

市場は低迷していますが、2023年にこのエコシステムは8650億ドルを超えるEBIT（利息と税引き前利益）を生み出しました。2024年には半導体業界のEBITが10460億ドルに達し、研究開発支出は5410億ドルに達する見込みです。半導体エコシステムは約半分のEBITを長期的な革新と成長を推進するために使用しています。このトレンドはASMLが続くと予想しています。半導体エコシステムは強力な革新推進能力を有しています。

2015年から2024年（予測値）における研究開発支出とEBITの変動傾向。

(画像提供：ASML 2024年投資家デー)

2024年、チップ業界は前例のない「研究開発競争」が始まっており、世界の半導体大手企業の技術革新への投資はかつてない高みに達しました。

晶円代工の巨頭である台積電(TSM.US)の研究開発投資は、2019年の905億元(新台幣、以下同じ)から2023年には1787億元に成長しました。張忠謀は今年の年末に台積電の成功の秘訣を明かした際、79歳の時(14年前)に台積電の毎年の研究開発支出が売上高の8%に達することを決めたと語っています。法人は、今年台積電の売上高が新台幣3兆元(3万億元)に挑戦する可能性があると予測し、これに基づけば、今年の研究開発費用は2400億元に成長すると予想しています。

2024年第三四半期、サムスン半導体の研究開発支出は歴史最高水準に達し、約8.87兆韓国ウォンで、前四半期比で9.24%増加しました。さらに、サムスン電子は韓国の器興園区に半導体研究開発の複合施設を建設中で、敷地面積は約10.9万平方メートル、2030年までに20兆韓国ウォンを投資する計画です。

ASMLの研究開発支出は2014年の11億ユーロから2024年には予想される43億ユーロにまで増加し、近十年でほぼ四倍になりました。2024年の研究開発支出はASMLの280億ユーロ総収入の15%を占めると予測されています。2030年までにASMLの研究開発投資は60億から66億ユーロに達する見込みです。

現在、半導体業界で時価総額が最も高いチップ会社である英偉達(3兆ドル)の研究開発投資は、2017年の14.63億ドルから2024年の86.75億ドルに増加し、その間に研究開発費用はおよそ6倍になりました。現在、NvidiaはAIチップ市場の80%以上を支配しています。その支出の大幅な増加は、特にAIのハードウェアとソフトウェアにおいてNvidiaが市場の競争が激化する中で成功を収めるための不断の革新の決意を示しています。

博通(AVGO.US)の研究開発支出は2017年の32.9億ドルから2023年の52.5億ドルに増加し、2024会計年度にはAIの推進により、博通の研究開発投資は93億ドルという歴史的新高に達しました。このような高い研究開発により、博通は23000件以上の特許を保有し、その中でもIP領域で21000件に達し、半導体技術とインフラソフトウェア市場において競争力を強化しました。

これらの高額な研究開発支出は、企業が半導体市場の長期的な成長への信頼を表しています。自動運転、スマートホームから医療関連および産業自動化まで、人工知能の急速な普及が高性能計算の需要を絶えず押し上げています。特にAIの推進によって、半導体業界は巨大な成長の可能性を迎えています。ASMLは2030年に世界の半導体売上高が1兆ドルを超えるという楽観的な見通しを再確認し、2025年から2030年の期間における世界の半導体売上高が9%の複合年成長率で成長すると予想しています。しかし、ASMLは同時に、人工知能の消費関連分野での普及速度には依然として不確実性が存在すると警告しています。

半導体業界全体の資本支出の中で、晶円工場の建設は間違いなく最もコストがかかる分野の一つです。近年、世界各国が政策を打ち出し、自国の晶円製造能力の向上を目指しています。建設規模で見ると、今後アジアは引き続き世界の半導体製造の中心地域となるでしょう。ASMLのデータによると、アジアでは78件の晶円工場が新たに建設される予定で、これは世界の新設晶円工場の大部分を占めます。一方で、米州では18件、ヨーロッパおよび中東では12件が新設される見込みです。具体的には、世界の主要な晶円メーカーが巨額の投資を通じて、全球的に生産能力を加速的に拡大しています：台積電は米国、ヨーロッパ、中国台湾などに投資を行い、サムスンは米国と韓国に新たな工場を設立し、SK海力士は米国と韓国で生産能力を拡張し、美光も米国と日本に工場を設立し、インテルは米国本土への投資に加えてヨーロッパでも拡張し、日本の新興企業であるRapidusも日本での展開を行っています。

一方で、ASMLが描くグローバル半導体エコシステムの図から、中国企業がインダストリーグループの各段階で徐々に頭角を現していることがわかります。比亜迪、アリババ、小米、テンセントなどを代表とする中国企業は、ハードウェア、ウエハー製造、サービス分野での影響力を増しており、このエコシステムにおいて無視できない重要な力に成長しつつあります。人工知能分野では、中国情報通信研究院が発表した『2024グローバルデジタルエコノミー白書』によれば、2024年の第一四半期までに、中国には71のAIユニコーン企業と478の大モデルが存在し、強力な技術発展の勢いを示しています。

業種内で異なる企業のEBITを比較することで、企業の業種における競争位置を理解できます。

(画像提供：ASML 2024年投資家デー)

AIの推進により、ムーアの法則は引き続き前進しています。

ムーアの法則は近年多くの疑問を受けていますが、ASMLの研究によれば、計算能力の分野ではムーアの法則は依然として健全です。各パッケージ内のトランジスタの数は依然として2年ごとに倍増しており、2030年までに1兆個のトランジスタに達する見込みです。また、生成的AIの発展はムーアの法則の進行を加速させ、生成的AIと高性能計算(HPC)の成長速度はムーアの法則を超えており、後者の成長速度は2年ごとに16倍の向上に達しています。2030年までには、70%以上のデータセンターの需要がAIに駆動され、その中で生成的AIは90%以上の計算需要(FLOPs)を占めると予想されています。

したがって、半導体産業にとって、トランジスタを小型化することはコスト削減と効率向上の最も単純な方法です。半導体エコロジーグループの企業も各側面からチップの微細化を続けて推進していくでしょう。

まずは先進プロセスの観点から：

1) タイワンセミコンダクターマニュファクチャリングは先進プロセス分野で重要なリーダーシップを占めており、2025年には2nmが2025年下半期に量産される予定です。タイワンセミコンダクターマニュファクチャリングがIEDM 2024で発表したスピーチによれば、タイワンセミコンダクターマニュファクチャリングN2はN3よりも15%の速度向上を実現し、30%の消費電力削減を達成し、チップ密度は1.15倍以上向上しています。

2)インテルも18Aの量産を推進しています。2024年8月、インテルはその18Aチップが電源を入れて正常に動作し、オペレーティングシステムが起動したことを発表し、2025年に発売予定の新世代のクライアントおよびサーバー製品に使用される予定です。

次に、先進的なプロセスの継続的な推進と計算能力の向上は、先進的なパッケージング技術のサポートなしには実現できません。今後しばらくの間、3Dパッケージングと2Dパッケージングなどの先進的なパッケージング技術の協調発展が、チップの密度と性能を向上させるための重要な推進力となるでしょう。Yoleが最新に発表した『2024年先進的パッケージング市場状況』レポートによると、2023年から2029年の間に、グローバルな先進的パッケージング市場の年平均成長率(CAGR)は11%に達し、市場規模は695億ドルに拡大する見込みです。

3Dパッケージング分野では、代表的な技術にはタイワンセミコンダクターマニュファクチャリングの3D-Fabric、インテルのFoveros、そしてサムスンのX-Cubeが含まれます。同時に、2.5Dパッケージング技術（CoWoSなど）はAIチップの応用において重要な役割を果たしており、タイワンセミコンダクターマニュファクチャリングはCoWoSの生産能力を拡充しており、2024年の33万枚から2025年には66万枚へ大幅に拡大することを目標としています。また、タイワンセミコンダクターマニュファクチャリングは日月光などの企業と共に、扇出型面板級パッケージング(FOPLP)技術の加速的な展開を進めています。

さらに、リソグラフィは半導体業種の中での戦略的価値が見逃せません。High-NA EUV、EUV、DUV技術のいずれも、先進的なプロセスにおいて重要な役割を果たしています。現在、インテルはASMLの最新世代のHigh-NA EUVリソグラフィをいち早く購入しており、タイワンセミコンダクターマニュファクチャリングとサムスンも次々と購入の需要を示しています。ASMLの予測によれば、全景リソグラフィ(Holistic Lithography)機器ビジネスは2025年から2030年の間に年平均成長率(CAGR)で15%を超えて成長し、高い粗利率を維持する見込みです。具体的な応用に関しては、ASMLは先進的な論理チップ分野におけるEUVリソグラフィ機器の年平均成長率が10%-20%であると予測しており、DRAMメモリチップ分野ではこの成長率がさらに高く、15%-25%になると見込んでいます。これはEUV技術が先進的なプロセスを支え、多様化する市場の需要に応じる上での重要な役割と、半導体技術革新を推進するコアな地位を持つことをさらに浮き彫りにしています。

最後に、人工知能、高性能計算(HPC)、データセンターなどの計算集約型アプリケーションにおいて、ストレージ技術の性能向上は計算能力向上の重要な支柱となっています。

1)近年、HBMは高帯域幅、低遅延、高エネルギー効率などの特長により、AIチップの標準装備となっています。下の図のように、2020年以降、NvidiaのAIチップはHBMの構成を順次増やしており、Ampereチップの5枚のHBM2e(80GB)から、2027年予想のRubinチップでは12枚のHBM4に拡大します。

2)さらに、AIはDRAMアーキテクチャの進化も促進しています。従来のフォン・ノイマンアーキテクチャでは、処理ユニットとストレージユニットが分離されており、頻繁なデータ転送がシステムの効率を制限しています。メモリ内計算(PIM)は業界が努力する一つの方向であり、PIMはメモリとロジックユニットの統合を通じてデータ転送の電力消費を削減し、処理ユニットによる高頻度のデータ交換への依存も減少させています。

エヌビディア AI拡張ロードマップ：HBMメモリーの容量が急速に増加しています

(画像提供：ASML 2024年投資家デー)

中国の半導体産業の台頭：成熟プロセスが発展の中心

半導体の競争において、前述のように、以前はほぼ米国、欧州、日本の企業が支配していた半導体産業の版図の中で、中国企業の存在感が徐々に強まっています。中国企業は成熟プロセスを突破口に、グローバルな半導体の版図で徐々に台頭しています。

ASMLの分析によると、半導体市場は「先進分野」と「主流分野」に分けられ、先進分野は論理チップ、MPU（マイクロプロセッサ）、DRAMなどの高端アプリケーションに関わり、これらの技術は高度に極紫外線リソグラフィ（EUV）などの先進的なプロセスに依存しています。アプリケーションシーンは米国、韓国、中国台湾などの技術先端地域に集中している。一方、主流分野はアナログチップ、パワーチップ、センサー、NANDフラッシュなどの日常需要が高いチップ製品をカバーし、主にArFi、ArF、KrF、i-Lineなどのリソグラフィ技術が用いられており、地域分布は広範囲に及び、ヨーロッパ、日本、中国などの半導体消費大国をカバーしています。

グローバルな半導体産業の構図に直面して、中国企業はより自らの強みに合った発展の道を選んでいます——主流分野に力を入れ、成熟プロセスに焦点を当てています。TrendForceの統計によれば、2024年末までに中国本土には32基の新たに建設された成熟ウエハ工場が市場に参入し、元々の44基と合わせると、本土は成熟プロセス分野において重要な地位を占めることになります。これらの成熟ウエハ工場は、多くのDUVリソグラフィ機器の需要を生み出しました。2024年第2四半期には、ASMLの49%の純システム売上高が中国からのものでした。

ASMLは投資者日でDUVの価値を分析しました。EUV技術が先進プロセスで広く採用されているにもかかわらず、DUVはその成熟度、コストパフォーマンス、広範なアプリケーションシーンのおかげで、依然として多くの製造工程の重要な鍵です。DUV技術は半導体業界の重要なコアツールであり、今後も主力の役割を果たし続けるでしょう。

1988年にASMLの最初のリソグラフィ機が中国に入り、30年以上が経過しました。近年、多くの挑戦に直面しているにもかかわらず、ASMLは合法的な前提の下で、中国本土市場との協力の機会を積極的に探しています。2024年の中国国際輸入博覧会では、ASMLは3モデルのフラッグシップDUVリソグラフィ機を展示しました。それはTWINSCAN NXT: 1470、NXT: 870、そして近く発売予定のXT: 260です。これらのモデルは大きな注目を集めました。その中で、NXT: 1470は高い能力を持つ双プラットフォームArF乾式リソグラフィ装置で、業界初の時速300枚を超えるウエハ出力を誇ります。また、NXT: 870は高効率のKrFリソグラフィ装置で、時速330枚に達します。これら二つの製品は精度と速度の面で顕著なブレークスルーを達成し、顧客の生産効率と生産能力を大幅に向上させるための強力な支援を提供しています。

ASMLは、DUV技術が今後の半導体産業で引き続き主力の役割を果たすと考えており、特にアナログチップ、パワーデバイス、センサーなどの成熟プロセスの製造を支援する上で重要です。

半導体の未来：性能と消費電力の競争

今後の半導体産業発展の過程において、技術的に見れば、未来の半導体産業の発展トレンドは二つの核心目標に集約される。

第一の目標は、人工知能や高性能計算などの新興分野の需要を満たすために、性能と算力を持続的に向上させることである。

具体的には、先進的なプロセス分野において、チップ技術ノードの微細化は続く。以下の図に示されるように、2025年の2nmから1.4nm、1nmを経てsub-0.2まで進展する。

半導体製造業者は、チップのサイズを縮小することを引き続き推進する。

(画像提供：ASML 2024年投資家デー)

先進的な封装技術（例えば3Dスタッキングと2D封装）は、チップの密度と性能を向上させる重要な手段となっている。フロントエンド3D集積は、NAND、DRAM、論理チップを含むすべての半導体製品に新たな発展空間を提供し、中間層のサイズが拡大するにつれて、大視場露光システムの重要性がますます顕著になっている。このトレンドに対応するために、ASMLは今年（2025年）にXT:260という名のリソグラフィシステムを発表する計画であり、これはASML独自の二重ワークステーション技術に基づいており、広く認められているXT4プラットフォームを採用し、二倍の視野露光能力を備えているため、性能を大幅に向上させ、ウエハコストを削減し、先進的な封装から主流市場までの広範な応用ニーズに適している。

先進的な封装は、XT:260のより大きな露光領域から恩恵を受けることができる。

(画像提供：ASML 2024年投資家デー)

ハイブリッド接合や光相互接続などの接続技術は、トランジスタ密度の向上においても重要な役割を果たしています。例えば、DRAM技術のロードマップにおいて、未来のD1c（2025年）、D1d（2027年）などのノードは、ウエハー接合技術の革新に依存しています。同時に、6F2アーキテクチャは2025年から2030年の間継続的に進化し、多層の積層およびストレージ、ロジックの多層接合を通じて、チップの密度をさらに向上させます。2031年までには、6F2+CBA（セルベースアーキテクチャ）が新しいフェーズとなり、再び密度の飛躍を実現します。

光相互接続の分野では、2024年6月にインテルが業界をリードするOCI（光計算相互接続）チップを投入し、高帯域幅、低消費電力の長距離伝送における光通信の可能性を示しました。このチップはCPUと統合され、64個の32Gbpsのチャネルをサポートし、最長100メートルの光ファイバー上で実行できます。これは、AIインフラストラクチャの計算能力、帯域幅、エネルギー効率に対する厳しい要求を満たすものです。

次に、人工知能、IoT関連、5Gなどの分野の急速な発展に伴い、電力消費の管理とコストの最適化がますます重要になるでしょう。業種全体の観点から見れば、ウエハー製造、デザイン開発、設備供給、パッケージングテストの各分野で、さまざまなセグメントが革新的な戦略を通じて、コストの削減とエネルギー消費の最適化に貢献しています。

半導体製造の核心的な工程である光刻工芸の観点から、ASMLはウエハーのパターン形成プロセスの全体コストと炭素排出の最適化戦略として三つの方法を提案しました：

1) 各工程ステップにおける合格したトランジスタの数を増加させて、生産効率を高めます。

2) 全体のプロセスフローを簡素化し、不要なステップを減少させ、複雑さを低減します。

3) 各処理ステップのコストと排出を最小限に抑え、各ステップのエネルギー効率を最適化します。

価格に敏感なDUV分野では、ASMLは全景光刻価値公式を通じて、DUV光刻プロセスにおける核心的な価値とコストのドライバーを解決しています。この公式は、光刻における四つの重要な要素である：パターン歩留まり（Patterning Yield）、解像度（Resolution）、精度（Accuracy）、生産性（Productivity）を含み、これに基づいてシステムのコスト、使用寿命、運営コスト、環境コストを最適化します。

ASML全景光刻価値公式

(画像提供：ASML 2024年投資家デー)

コスト削減と省エネの中で技術的なブレークスルーとエコロジーの協調を実現しなければ、グローバルな半導体産業は持続可能な発展の道をさらに進むことができません。

結びつき

未来を展望すると、ASMLが2024投資者日でまとめたように、半導体業界の長期的な展望は依然として希望に満ちており、グローバルな半導体売上高は9%の複合年成長率（2025-2030年）で成長し、2030年までに1兆ドルを超える見込みです。

しかし、半導体業界の未来は必ずしも順調ではなく、変数は依然として存在します。地政学的な不確実性は、グローバルなサプライチェーンの安定性に影響を与える可能性があり、AIの普及速度は先進的なプロセスとチップアーキテクチャのアップグレードのペースを決定します。新たな生産能力の拡張は、短期内の需給変動を引き起こす可能性があり、新技術のブレークスルーも、プロセスの複雑性、コストのプレッシャー、経済的な実行可能性という厳しい課題が伴います。

機会と挑戦が共存する時代において、半導体業界は変化に柔軟に適応し、技術革新をより深く推進し、グローバルな協力エコシステムをより密接に構築する必要があります。市場の多様なニーズから、また技術の進化の必然の法則から見ても、半導体業界の未来は単なる革新の延長であるだけでなく、柔軟性、効率性、持続可能性への全面的な試練でもあります。複雑な産業環境とマクロトレンドに直面し、開かれた視野を維持し、前沿のトレンドを洞察し、戦略的な安定感をもって変化に対応することで、グローバルな競争において主導権を握り、デジタル未来に対する確固たる基盤を提供できるでしょう。

この記事は「半導体業界観察」という公式アカウントから転載されています。智通財経編集：蒋遠華。