ニュースの「2ナノ」、いったい何が2ナノなのか？

ニュースではよく「2ナノの量産が始まった」「3ナノのスマホ向けチップ」と言います。チップの上に2ナノメートルの何かがあるように聞こえますね。実はこの数字は何も測っていません。プロセスの世代の名前です。きちんと説明するには、チップの中のいちばん小さな部品から始めます。

チップの中では何をしているの？

チップのいちばん基本的な部品はトランジスタです。電気でオン・オフする小さなスイッチで、つながれば1、切れれば0。写真を撮る、道を調べる、AIを動かす。どれも最後は、とてもたくさんのスイッチがついたり消えたりしているだけです。スマホのチップ1つに、いまは100億個以上のスイッチがあります（トランジスタについてはこちらの記事でくわしく説明しています）。

スイッチを小さくするほど、同じ場所にたくさん詰めこめて、1つを切り替えるのに必要な電気も少なくてすみます。だから何十年も、みんなでスイッチを小さくする方法を探してきました。ニュースの「何ナノ」は、それが第何世代まで来たかを言っています。

「ナノメートル」は、もともと何を測っていたの？

ナノメートルは10億分の1メートルです。髪の毛1本の太さは数万ナノメートルほど。

ずっと昔、だいたい1990年代までは、プロセスの名前とトランジスタの実際の寸法がおおよそ合っていました。たとえば、その世代でつくれるいちばん細い線の幅です。そのころは、名前が寸法そのものでした。

では、なぜ合わなくなったの？

各世代のおおまかな目標は、同じ広さに2倍のスイッチを入れることです。縦と横をそれぞれ0.7倍にすると、面積は0.7×0.7で約半分。だから新しい世代の名前は「前の世代×0.7」でつけてきました。

90 → 65 → 45 → 32 → 22 → 14 → 10 → 7 → 5 → 3 → 2

ところが、ある時期から、トランジスタは「何もかも同じ比率で縮める」だけでは性能が上がらなくなりました。そこでエンジニアは別の方法に切り替えます。平らな板のようだったトランジスタを、薄い板を立てた形に変え（平屋をビルに建て替えるように）、さらに電流が流れる通り道を四方から包む形に変えました。材料を変え、配線をもっと密に並べました。全体としては今も「世代ごとに、より多く詰めこめる」ですが、名前の数字まで本当に縮んだ寸法はありません。

こうして名前は「第何世代か」という意味だけになりました。途中の世代では、メーカーごとに名前のつけ方が少しずつ違います。同じ数字でも、メーカーによって同じ小ささとは限りません。統一された基準がないからです。

実際にはどのくらい小さいの？

公開されている国際的な半導体技術ロードマップの「3ナノ」世代の見積もりでは、トランジスタが一列に並ぶ間隔は40数ナノメートル、いちばん密な金属配線の間隔は20数ナノメートルです。2ナノの世代はもう少し小さいものの、やはり数十ナノメートルの単位です。

どれも名前の数字よりずっと大きいのですが、それでも髪の毛より千倍以上細いのです。チップの中には、厚さが数ナノメートルしかない膜も実際にあります。でも、名前はそれを測っているわけでもありません。

数字が小さいと、何がいいの？

同じ大きさのチップにスイッチが多く入れば、もっと多くのことができます。たとえばスマホでAIを動かす。あるいは同じ仕事を、もっと小さくて省電力のチップでこなせます。使う人にとっては、速い、電池が長持ちする、熱くなりにくい、ということです。

そのかわり、つくるのはどんどん難しく、高くなります。もっと細い模様を焼きつけるには、露光装置がもっと波長の短い光を使わなければなりません。いちばん進んだものは極端紫外線（波長はわずか13.5ナノメートルで、空気にさえ吸収されるので、光の通り道全体を真空にします）です。1つのチップが通る工程もどんどん増え、どの工程でも失敗は起こりえます。だから新しい世代の始まりは、良品の割合（歩留まり）が低めになりがちです。

だから、すべてのチップに最新の世代が必要なわけではありません。車や家電、充電器の中の多くのチップは、何世代も前のつくり方でつくられています。十分に使えて、安定していて、安い。ニュースの「成熟プロセス」はこれのことです。

次にニュースで見たら、こう読める

• 「2ナノの量産開始」：いちばん新しい世代のつくり方で、大量生産が始まった。だれかが2ナノメートルのものをつくったわけではありません。
• 「3ナノのスマホ向けチップ」：このチップは「3ナノ」世代のつくり方でつくられた。
• 「成熟プロセスの生産能力を増強」：何世代か前のつくり方でチップをつくるラインを増やす。車や家電に使うようなチップです。

fab24hrでは

ゲームの工場は架空で、何ナノなのかは言っていません。リソグラフィのエリアで見る露光や、エッチングのエリアで見る線幅の測定が、名前の裏で本当に小さくしなければならないもので、毎日だれかが見ています。記事の寸法は公開されている一般的な資料をもとに書き、統一された数字がないところは大きさの目安だけにしています。ほかの業界用語は「半導体工場の業界用語を、やさしく解説」で調べられます。