かつて世界市場の過半を制した日本の半導体産業は、1990年代以降の構造変化により凋落の一途を辿った。40nmノードに取り残された国内製造能力を一気に2nmへと飛躍させるべく、2022年に設立されたRapidusは国家の威信を賭けたプロジェクトである。IBMから技術ライセンスを受け、Gate-All-Around構造のナノシートトランジスタを北海道千歳の新工場で量産する計画は、数世代分の技術進化を一気に圧縮する前例のない挑戦だ。台湾と韓国に集中する先端半導体製造の地政学的リスクを背景に、日米同盟の枠組みで推進されるこの野心的試みは、資金調達、顧客獲得、歩留まり安定という三重の死の谷に直面している。TSMCとSamsungが先行する中、2027年の量産開始を目指すRapidusの成否は、日本の産業的魂の再生を占う試金石となる。
北海道千歳に建設される半導体の砦
日本の北端、北海道千歳市郊外の地は、長い間その静寂によって特徴づけられてきました。広大な森林、厳しい冬の降雪、そして千歳川の清らかな水。何十年もの間、この地域は自然の美しさと、パウダースノーと温泉を求める観光客の玄関口である新千歳空港への近さで知られていました。
しかし今日、その静寂は杭打ち機のリズミカルな轟音と重機の唸りに取って代わられています。亜寒帯の冷気の中、日本政府は最も強力な企業連合と協力して、歴史の流れを逆転させようと試みているのです。
これはIIM1、Innovative Integration for Manufacturingの建設現場です。Rapidus株式会社の最初の製造工場となる施設であり、一国の産業的魂の重みを背負った構造物なのです。Rapidusは単なるスタートアップではありません。これは国家プロジェクトであり、日本が30年前に失った称号を取り戻すための必死かつ大胆な試みなのです。その称号とは、世界の半導体製造におけるリーダーという地位です。その賭け金はこれ以上ないほど高いものとなっています。
私たちはオングストローム時代の崖っぷちに立っています。これはナノメートルから原子スケールの精密さへの移行によって定義される、コンピューティングの新しい時代です。先端ロジックチップの生産は危険なほど台湾と韓国に集中しており、これらは世界のサプライチェーンを破壊する恐れのある地政学的断層線上に位置しています。この脆弱性に対する日本の答えがRapidusなのです。同社の目標は、2027年までに2ナノメートルのロジックチップを量産することです。
この野心の途方もない規模を理解するには、ルネサスエレクトロニクスのような製造業者を通じた日本の自国ロジックチップ能力が、長らく40ナノメートルノードで停滞してきたことを認識する必要があります。TSMCの熊本JASM工場が2024年に12ナノメートルと28ナノメートルの能力を日本の土地にもたらしましたが、それは成熟ノードに焦点を当てた外国支配の事業体のままです。
Rapidusはこれらの中間ステップを完全に飛び越えることを意図しています。これは、数十年にわたる反復学習を5年間のスプリントに圧縮することを必要とするムーンショットであり、数兆円の政府補助金と、アメリカの技術大手IBMとの重要な提携によって支えられています。Rapidusプロジェクトの重大性を理解するには、まず日本がシリコンの絶対的な王者だった時代を振り返る必要があります。
日本半導体黄金時代の栄光と凋落
1988年、世界の半導体産業の状況は今日とは根本的に異なっていました。日本企業は世界市場の実に50.3%というシェアを誇っていたのです。NEC、東芝、日立、富士通、三菱電機といった巨人たちは、家電製品だけでなく、その中に搭載されるチップでも著名な存在でした。
彼らはDRAM、つまり動的ランダムアクセスメモリの市場を支配していました。DRAMは急成長するパーソナルコンピュータ産業に必要な主力メモリチップでした。この時期、日本の製造力はシリコンバレーで恐れられていました。日本の工場の効率性と歩留まり率は、Intelのようなアメリカの老舗企業にメモリ市場を完全に放棄させ、マイクロプロセッサへと軸足を移させました。
これはIntelを救った有名な動きでしたが、メモリの支配権が東方に移ったことを示すものでした。日本のモデルは垂直統合型、つまりIDM(integrated device manufacturer)であり、企業が自社の機器内で自社のチップを設計、製造、販売していました。しかし、1990年代はこの帝国の浸食を始めた完璧な嵐をもたらしました。アメリカは日本の技術的優位と貿易赤字に警戒し、日本の輸出を妨げる貿易協定につながる強力な政治的圧力をかけました。
同時に、市場は変化し始めました。PCの台頭は低コストの標準化されたメモリチップを必要としました。韓国からの新規参入企業、Samsung、Hynix、そして後には台湾が、コスト削減と大規模資本投資に執拗に焦点を当て、日本の価格を下回りました。21世紀が明けると、産業は日本が対処できなかった構造的革命を遂げました。
それはTSMC、Taiwan Semiconductor Manufacturing Companyが先導したファウンドリモデルの台頭でした。このモデルはチップ設計ファブをチップ製造ファウンドリから分離しました。Nvidia、Qualcomm、Appleのような企業は、数十億ドルの工場を運営する負担なしに、革新的なアーキテクチャの設計だけに集中できるようになりました。日本の垂直統合型巨人は適応が遅すぎました。
彼らは製造を社内に留めておくべき競争優位性と見なしていましたが、新しい製造工場のための資本要件は急騰していました。レガシーコストと統合を拒否する姿勢に苦しめられ、彼らの市場シェアは急落しました。2019年までに、日本の世界半導体市場におけるシェアは10%にまで萎んでいました。この衰退の底は2012年のエルピーダメモリの破綻でした。
エルピーダは日本のDRAM産業の最後の砦であり、もともとNECと日立のメモリ部門の合併から形成され、後に三菱電機の事業も吸収しました。政府の救済試みにもかかわらず、Samsungが仕掛けた価格戦争と上昇する円には耐えられませんでした。エルピーダはアメリカのMicron Technologyに買収され、日本のメモリ支配の最終的な降伏を象徴しました。
エルピーダの後、日本は川上のサプライチェーンに撤退しました。フォトレジスト、エッチングガス、装置などの重要な材料については、東京エレクトロン、SCREENホールディングスなどが独占的地位を維持しました。しかし、プロセス技術、つまり現代のデバイスの頭脳として機能する先端ロジックチップを実際に製造する能力は失われました。
TSMCとSamsungが10ナノメートル、7ナノメートル、5ナノメートルへと競争する間、日本の国内ロジック能力は40ナノメートルで停滞していました。これにより、製造能力における15年間の失われた空白が生まれました。2022年にRapidusを設立する決定は、市場がこの不均衡を自力で修正しないという認識でした。40ナノメートルと2ナノメートルの間の深い裂け目を橋渡しするには、国家介入が必要だったのです。
技術的飛躍の途方もない挑戦
日本の既存インフラとRapidusが設定した目標との格差は、誇張しようがないほど大きいものです。半導体の世界では、ノード世代は通常、性能と効率において20から30%の改善をもたらします。製造業者は通常、段階的に進歩します。たとえば7ナノメートルから5ナノメートル、5ナノメートルから3ナノメートルといった具合です。なぜなら、各ステップは新しい物理学とリソグラフィ技術を習得することを必要とするからです。
Rapidusが単一の戦略的マニューバで横断しようとしているノードギャップを示す表は、グローバルリーダーの反復的進歩と日本の停滞を対比させています。RapidusはFinFET時代と初期EUV時代の学習曲線を単一の開発サイクルに圧縮しようとしており、Gate-All-Around、GAアーキテクチャに直接移行しようとしています。
これは、プロペラ時代に飛行機の製造を止めた国が、突然、ジェットエンジン時代を完全にスキップして、極超音速ステルスジェットを製造することを決定するようなものです。Rapidusが2ナノメートルに賭けている理由と、IBMが選ばれたパートナーである理由を理解するには、オングストロームスケールでのトランジスタの物理学に深く入り込む必要があります。
2ナノメートルという用語はマーケティングラベルですが、それは半導体物理学における特定のハードリミットに対応しています。このリミットでは、主流アーキテクチャであるFinFETが効果的に機能しなくなります。過去10年間、業界標準はFinFET、つまりフィン電界効果トランジスタでした。この設計では、電流が流れるチャネルは垂直フィンであり、ゲートは電流を制御するために3つの側面でそれを包み込みます。
この3D構造により、製造業者は22ナノメートルから3ナノメートルまでスケールダウンすることができました。しかし、フィンが小さくなるにつれて、ゲートは電流を完全に遮断する能力を失い、リーケージにつながります。トランジスタがオフになっているはずのときに電子が漏れ出すのです。これは電力を浪費し、熱を発生させます。
2ナノメートルノードでは、業界は新しいアーキテクチャ、Gate-All-Around GAナノシートトランジスタへとシフトしています。GAAナノシート設計では、垂直フィンは水平シリコンシートのスタック、つまりナノシートに置き換えられます。ゲート材料はこれらのシートを完全に取り囲み、4つの側面すべてを包み込みます。これにより、優れた静電制御が提供されます。
ゲートは絶対的な精度で電流を遮断でき、チップがリーケージなしで低電圧で動作することを可能にします。2021年5月、IBM Researchはニューヨーク州オールバニの施設で製造された世界初の2ナノメートルノードチップを公開しました。このテストチップは、Rapidusが現在ライセンスしている技術の概念実証として機能しました。
このプロトタイプの仕様が、プロジェクト全体の目標を定義しました。IBM 2ナノメートルアーキテクチャは、3スタックナノシート設計を特徴としています。各トランジスタは、それぞれ約40ナノメートル幅、5ナノメートル高の3つの水平に積み重ねられたシリコンシートで構成されています。ゲートピッチ、つまりトランジスタ間の距離は44ナノメートルで、ゲート長は12ナノメートルです。この技術の最も注目を集める指標は、その密度です。
IBMは、2ナノメートルプロセスが爪の大きさのチップに500億個のトランジスタを詰め込むことができると主張しています。技術分析からの明確化は、IBMが爪を約150平方ミリメートルと定義していることを示しています。この計算により、1平方ミリメートルあたり3億3300万個のトランジスタという密度が得られます。
この密度は単なる自慢のためのものではありません。それは性能と効率に直接変換されます。IBMは、この2ナノメートルノード上に構築されたチップが、発表時点で標準だった7ナノメートルチップと比較して、45%高い性能を達成するか、75%少ないエネルギーを使用すると予測しています。Rapidusにとって、この技術は魔法の弾丸です。
GAAナノシートを即座に採用することで、FinFET時代の収穫逓減をバイパスし、TSMCのN2およびSamsungのSF2ノードと同じアーキテクチャ的基盤に自らを位置づけます。Rapidusの技術的野心は、2020年代の地政学的不安と切り離せません。COVID-19パンデミックは、グローバルサプライチェーンの脆弱性を露呈しました。
アメリカと中国の間の緊張の高まりは、半導体製造の計算を根本的に変えました。台湾、特にTSMC内での先端半導体製造の集中は、世界経済にとって単一障害点となっています。北京が自国のものだと主張する島に、世界の先端チップの90%を依存することは、受け入れがたい戦略的リスクであると、ワシントンと東京の政策立案者は認識しました。
2022年7月、アメリカと日本は経済版2プラス2の枠組みを正式に立ち上げました。これには両国の外務大臣と商務・産業大臣が関与しました。この対話は経済安全保障とサプライチェーンのレジリエンスを優先しました。次世代半導体の共同開発は、この同盟の旗艦イニシアチブとなりました。
アメリカにとって、Rapidusは台湾への依存を減らす、先端ロジックの信頼できる代替供給源を表します。日本にとって、それは技術的主権を取り戻し、空洞化した電子セクターを活性化する最後のチャンスを表します。経済産業省の関係者が厳しく述べたように、世界が平和で誰が半導体を供給するかが問題ではない時代は終わったのです。
IBMとの戦略的パートナーシップ
2ナノメートル技術を独自に開発する国内R&D能力を欠いていた日本は、西側同盟国に頼りました。2022年後半、日本政府は二股戦略を画策しました。Rapidusと新しく形成されたR&D組織LSTC、Leading-edge Semiconductor Technology Centerは、Gate-All-Around GAトランジスタ技術についてIBMとの戦略的パートナーシップを発表しました。
同時に、リソグラフィ研究のグローバルハブであるベルギーのimecと協力覚書MOCを締結し、重要なExtreme Ultraviolet EUVパターニングプロセスを習得することになりました。IBMとimecは業界において独自の位置を占めています。IBMはもはや大量生産メーカーではありません。2014年、同社はニューヨーク州イーストフィッシュキルとバーモント州バーリントンの工場を含む半導体製造部門をGlobalFoundriesに売却しました。
チップ製造の過酷な経済性を浮き彫りにする取引で、IBMは実際にGlobalFoundriesに赤字部門を引き取ってもらうために15億ドルを支払いました。しかし、IBMはその宝石、オールバニナノテクコンプレックスを保持しました。この研究センターはイノベーションのホットベッドであり続け、7ナノメートル、5ナノメートル、そして最終的には2ナノメートルノードのIPを開発しました。LSTC経由でRapidusがライセンスしたのは、このIPなのです。
パートナーシップには、人間の知識の大規模な移転が含まれます。Rapidusは約100から150人のエンジニアのコホートをオールバニナノテクコンプレックスに派遣しました。これらは新卒者ではありません。多くは平均年齢が50歳に近い、日本の半導体産業のベテランです。彼らは日本の黄金時代に働いたエンジニアたちです。
今、彼らはIBMからGAAトランジスタの複雑さを吸収し、imecのサポートでEUVリソグラフィプロセスフローを学ぶという任務を負っています。この同盟は2023年に重大な法的脅威に直面しました。GlobalFoundriesはIBMを訴え、IBMがRapidusとIntelと共有していた技術は、GlobalFoundriesが2014年のIBMマイクロエレクトロニクス部門の売却で取得した企業秘密を利用していると主張しました。
GlobalFoundriesは、IBMが競合相手を設立するためにこのIPを不正流用したと主張しました。この訴訟はRapidusプロジェクトに暗い影を落とし、技術移転を停止させる可能性のある差し止め命令への懸念を引き起こしました。IBMは反訴し、GlobalFoundriesが2018年に7ナノメートルチップの開発を放棄することで契約に違反し、IBMを先進サーバーチップのサプライヤーなしに置き去りにしたと主張しました。
この紛争は、IBMの製造の過去の厄介な離婚を浮き彫りにしました。2025年時点で、法的戦いは終了しました。訴訟は不確実性をもたらしましたが、RapidusとIBMはオールバニトレーニングプログラムと技術移転を進めており、彼らの協力がニューヨーク紛争における特定のIPクレームとは法的に区別されるという前提の下で運営しています。
北海道千歳での実現への道
法的および知的な戦いがニューヨークとベルギーで戦われている間、Rapidusの物理的現実は千歳市北海道内で形を取りつつあります。サイト選択は戦略的でした。Rapidusは3つの主な理由でIIM1のために千歳美々ワールド工業団地を選びました。
水。半導体製造プロセスは信じられないほど水を消費します。北海道は、超純水システムに不可欠な豊富な地下水と工業用水資源を提供します。近くの千歳川は、施設が保護するように設計されている原始的な環境ベンチマークとして機能します。
スペース。本州の密集した工業地帯とは異なり、北海道は将来の拡張のための広大な土地を提供します。再生可能エネルギー。北海道はエネルギー集約的なEUVプロセスに不可欠な再生可能エネルギーの高い可能性を持っています。
IIM1の建設は、同社の名前を正当化するペースで進行しています。2023年9月、起工式が行われました。2024年12月、ASMLからの最初のEUVリソグラフィツールが納入され、設置されました。これは、日本の土壌における先端ロジック量産のためのExtreme Ultravioletリソグラフィ装置の到着を記念する歴史的瞬間でした。
2025年4月、パイロットラインが稼働し、最初のEUV露光が正常に完了しました。2025年7月、Rapidusは2ナノメートルGAAトランジスタのプロトタイピング開始を発表し、ウェーハが期待される電気的特性を達成したことを確認しました。このタイムラインは業界標準でも積極的です。
起工から2年足らずで200個以上の先進設備を設置し、機能的プロトタイプを達成することは、プロジェクトを推進する緊急性の証です。この施設は、独自のRapidus Hybrid System、RHSを利用しています。これは異なるフロアでの同時作業を可能にし、スケジュールを大幅に短縮する建設方法であり、日本における常に存在する脅威である地震活動から繊細なEUV機械を保護するための高度なダンパーを備えています。
Rapidusの差別化戦略
工場を建設するだけでは十分ではありません。Rapidusは800ポンドのゴリラTSMCと差別化するビジネスモデルを必要としています。TSMCの支配は大規模なスケールに基づいて構築されています。数十のギガファブが数百万枚のウェーハを生産しています。Rapidusはボリューム戦争に勝つことはできません。
代わりに、Rapidus CEOの小池淳義は、ハイミックス・ローボリューム生産の戦略を明確にしています。同社は、カスタマイゼーションとスピードが単位あたりの原価よりも重要なAIアクセラレータとエッジコンピューティングチップの専門市場をターゲットにしています。
これを達成するために、Rapidusは先駆的なRums、Rapidus Unified Manufacturing Serviceモデルを開拓しています。伝統的な半導体サプライチェーンは水平に分断されています。AMDのようなファブレス設計会社は、前工程ウェーハ製造のためにTSMCのようなファウンドリに設計を送ります。完成したウェーハは、その後、ASEのような異なる会社、OSATに後工程パッケージングとテストのために出荷されます。
このハンドオフは、数週間または数ヶ月かかる可能性のあるレイテンシとフィードバックループを導入します。Rumsは両方のプロセスを1つの屋根の下に統合します。Rapidusは、ウェーハ処理から先進チップレットパッケージングまですべてを処理することを目指しています。この垂直統合により、製造プロセスが特定のチップ設計に合わせて調整され、その逆もまた然りであるDesign Technology Co-optimization DTCOが可能になります。
Rumsの重要な技術的イネーブラーは、バッチ処理からシングルウェーハ処理への移行です。伝統的なファブでは、ウェーハはしばしばFOUP、Front Opening Unified Podで移動します。FOUPには25枚のウェーハが含まれています。特定のステップ、特にサーマルアニーリングとウェット洗浄は、大型炉またはバス内で25枚すべてに一度に適用されます。欠陥や変動がある場合、それはロット全体に影響し、データはロット全体で平均化されます。
Rapidusはライン全体でウェーハを個別に処理する計画です。これは理論的には総スループットボリュームを低下させますが、ベロシティスピードを劇的に増加させます。単一のウェーハは、バッチがいっぱいになるのを待つことなく、工場をより速く移動できます。さらに、すべての単一チップで詳細なデータ収集が可能になります。
このデータはリアルタイムで歩留まりを最適化するためにAIモデルに供給されます。高度に複雑なAIチップのプロトタイプまたは小規模生産を迅速に必要とする顧客にとって、このスピード優位性はプレミアム価格に値する可能性があります。
熾烈な2ナノメートル競争
Rapidusはすでに巨人たちが占有している戦場に参入しています。2ナノメートルへのレースは、TSMC、Samsung、Rapidusの三つ巴の闘いであり、Intelは18Aノード経由で再参入を試みています。TSMCは依然として手強いリーダーです。
台湾の巨人は、2025年後半にN2 2ナノメートル技術の量産を開始し、2026年を通じて大量生産を拡大しました。TSMCのN2もナノシートトランジスタを使用していますが、同社の既存の巨大なエコシステムの恩恵を受けています。TSMCはすでにアルファ顧客、AppleとNvidiaを確保しており、これらは2ナノメートルファブの巨額コストを償却するために必要なボリュームを推進します。
2026年への遅延の噂が流布していますが、TSMCの実行実績は他社を大きく上回っています。Samsung Electronicsは、Rapidusに対する冷静な警告を提供します。Samsungは、3ナノメートルノードSF3eでGAA技術を早期に導入することでTSMCを飛び越えようとしました。しかし、この野心的な動きは歩留まりの問題に悩まされました。
報告によると、Samsungの3ナノメートルの歩留まりは長期間10から20%程度で推移し、損益分岐点に達するのに苦労しました。Samsungは2025年に2ナノメートルの量産を目指していますが、アナリストの懐疑論は依然として高いままです。
Samsungの資源を持つコングロマリットがGAA歩留まりの習得に苦労するなら、Rapidusのようなスタートアップにとっての課題は明白です。上のチャートは、Rapidusの参入の危ういタイミングを示しています。Rapidusが2027年に量産を達成する頃には、TSMCはおそらくN2Pパフォーマンス強化またはN2Xノードを最適化しているでしょう。Rapidusはパーティーに遅れて到着することになり、顧客を引き付けるためにサービス指向のRumsモデルの完璧な実行が必要になります。
死の谷を越えて
印象的な建設スピードと日本政府の支援にもかかわらず、Rapidusは今後数年間で実存的な死の谷に直面しています。半導体製造は人類史上最も資本集約的な産業です。2025年後半の修正見積もりは、Rapidusが完全な量産に到達するために7兆円、約480億米ドルを必要とすることを示唆しています。
政府は2026年初頭までに累積補助金として約3兆円を約束し、コミットメントを大幅に増やしましたが、プロジェクトは依然として公的資金と躊躇する民間資本の脆弱な組み合わせに依存しています。この不一致は、数兆円の継続的な資金ギャップを明らかにしています。
創業企業は、リスクの高いベンチャーに数十億を注ぐことを躊躇しており、政府に負担を肩代わりさせることを好んでいます。経済産業省は支援を約束していますが、民間銀行はエルピーダのデフォルトの記憶に悩まされ、慎重です。収益性への明確な道筋または保証された主要顧客がなければ、残りの資本を調達することが最大の障害のままです。
工場は収益を生み出しません。顧客が生み出すのです。TSMCにはその能力を待つ顧客の列があります。Rapidusには可能性があります。同社は、伝説的なアーキテクトJim Kellerが率いるAIチップスタートアップTenstorrentとのパートナーシップを確保しました。Apple、Tesla、AMDでチップを開発したKellerは、Rapidus戦略を称賛し、業界にはTSMCの独占に対する代替案が必要だと述べています。
TenstorrentはそのAIアクセラレータと高性能RISC-V CPUにRapidusを使用する計画です。しかし、Tenstorrent単独ではファブを埋めることはできません。Rapidusにはアンカーテナント、つまり自社のシリコンを設計するGoogle、Meta、Amazonのような企業が日本のファウンドリにコミットする必要があります。
Rapidusはアメリカ企業を潜在的な顧客としてフラグを立てていますが、開発パートナーを超えた確定的な大量契約は公に確認されていません。最後に、物理学があります。
単一の機能的な2ナノメートルチップを作成することは科学的勝利です。90%の歩留まりで数百万個を作成することは産業的奇跡です。シングルウェーハ処理モデルは理論的にはスピードのために健全ですが、大量の歩留まり学習のためには証明されていません。Rapidusが歩留まりを安定化できなければ、チップあたりのコストは天文学的に高いままとなり、ニッチアプリケーションでさえ競争力がなくなります。
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