【決定版】10年後も役立つ半導体理解「5つのカギ」
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半導体の解説書やWebページを読んだことありますか？
多くの場合、「半」導体という材料の説明から始まり、「自由電子」やら「バンドギャップ」、「ホウ素のドーピング」などなどが続きます汗
確かにエンジニアを目指す人にとって、上記の知識は絶対に欠かせません。
とはいえ、半導体が21世紀の教養だと言われる中、果たしてそこまで理解しないと先に進めないのはハードルが高いのではないか...
ゲームで例えるなら、序盤でいきなりラスボス一歩手前の強敵と遭遇している状況🥺
一方、科学技術面の解説とは一歩距離を置く解説も増えてきました。
例えば、半導体の種類、世界の主要プレイヤー、そして地政学的な話に絞って解説する。
そうした情報は、今の半導体にまつわる動向を知りたいのであれば、大変有意義でしょう。
ところが、ある人から「そもそも半導体そのものが分からない」という嘆き(?)を聞きました。したがって、「『TSMCが28nmの半導体を日本で作る』というニュースの意味づけができない」とのこと。
そう、両者の橋渡しをする情報が少ないのでしょう。
この橋渡しが本記事の狙いです。
ちなみに今回、「破壊的イノベーション」を軸とし、半導体のビジネスモデルについても触れました。
それだけではありません。
半導体に詳しくなると、パソコンや関連機器（SDDやモニターなど）の「買い時」も分かります。
半導体には景気サイクルがあるので、景気が良い時と悪い時で、物によっては2倍レベルで価格が変動します。
今は若干持ち直しましたが、実は年明けからわりと最近まで、CPUやメモリなどは大きく下落。結果、パソコンも値下がりが進みました。
それは半導体への注目ぶりとは裏腹に、5年に一度の半導体景気の谷が訪れていたからです。
もちろん、業界全体を俯瞰すれば誰でも分かるので、情報筋からの特別情報のたぐいは一切不要です。ムーアの法則は「2年に1回プロセス世代をひとつ進める（寸法で0.7倍）」という目標!?に近いモノだと認識していますが、自然法則っぽく取り扱われると違和感がありますね。
本来大事なのはデナード則でトランジスタ寸法が0.7倍になるとトランジスタ密度は倍になるが消費電力は変わらず（トランジスタ当たりだと半分）容量が減って高速化できるなんですよね。だいぶ前に崩壊してますが...バンドギャップが狭い絶縁体が半導体なのですが、そこにキャリアドープすることで、N型半導体やP形半導体ができます。と言われても難しいですものね。
今の集積回路は、普通、MOS型の電界効果トランジスタが使われるので、ゲート電圧をかけて、電流の通り道をつくってあげるという説明でもよいのもしれません。
https://ja.wikipedia.org/wiki/MOSFET
現在の半導体に関連する技術が複雑化しているのは、デナード則の崩壊で、リーク電流が増えることが懸念されるため、クロック周波数は上がらず、コア数が増え並列処理をソフトウェア側で行うことが必要となります。また、プロセスルールが進んでも以前よりは消費電力が下がりません。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%83%8A%E3%83%BC%E3%83%89%E5%89%87
というわけで、特に消費電力を意識した場合、今後のチップ設計ではクロック周波数はあまりあげずに、並列度を高める必要があります。その分だけアルゴリズムやソフトウェア側の改善が求められることになったり、計算するためのデータが遅延なく演算チップへ供給されることに腐心する必要が出てきます。
