モノリシック3D IC、将来有望ながら課題は山積：実用化に近いデモもない？（1/2 ページ）

課題が山積するモノリシック3D IC

　「モノリシック3D（M3D）技術は、半導体チップの高速化と低価格化、小型化を実現していくための手法として、非常に有望視されている。しかし、ここ数四半期にわたって注目を集めてきたものの、関連する多くの取り組みがまだ研究段階にあることから、技術の向上とエコシステムの構築を実現するには、まだ数々の問題が山積している」

　これは、米国カリフォルニア州サンフランシスコで2017年10月16〜19日に開催された年次イベント「IEEE S3Sカンファレンス」において提示された見解である。同イベントでは、ARMやCEA-Leti（フランス原子力庁の電子情報技術研究所）、DARPA（米国防高等研究計画局）、Mentor Graphics、Qualcommなどが、M3D分野における取り組みについて発表を行った。

　M3Dは、1つ以上のダイの上に垂直に積層したブロックに、さまざまな機能を搭載することを目標としているが、そのほとんどの手法において、まだ実用化に向けたデモを披露するには至っていない状況にある。

　CEA-Letiは過去数年間にわたり、垂直積層トランジスタ技術「Cool Cube」の開発に取り組んできた。CEA-Letiのパートナー企業として、IBMやQualcomm、STMicroelectronicsなどが、Cool Cubeの開発に携わっている。Cool Cubeは、有望な技術として期待されてきたが、完全なM3Dチップにおけるグローバルルーティングなどの問題に対応するための方法を、まだ提示できていない。

　今回、Qualcommのリサーチディレクターが、Cool Cubeに関する半日のプログラムを共催している。同氏は現在も、既存手法の数多くの欠点について精力的に調査を行っており、3D VLSI分野に対する強い熱意を示す。

　Qualcommは何年か前に、TSV（Through Silicon Via：シリコン貫通ビア）の研究開発にも熱心に取り組んでいた。このTSVは、モバイルアプリケーションプロセッサに適用することができると考えられていた。しかしQualcommは、TSVの温度とコストの問題をほとんど解決することができず、現在ではこの取り組みを中止してしまっている。一方で、TSMCをはじめとするさまざまな企業が、ウエハーレベルのファンアウトパッケージング（FOWLP：Fan Out Wafer Level Packaging）技術の開発を進めている。TSMCの同技術は、Apple「iPhone」のプロセッサに採用されている。

DARPAも期待する技術だが……

　新興企業であるMonolithIC 3Dは、半導体分野のベテラン専門家であり同社のCEO（最高経営責任者）を務めるZvi Or-Bach氏の指揮の下、M3Dを推進してきた。同氏は、今回のイベントの主催者を務めている。MonolithIC 3Dの全従業員は5人で、Or-Bach氏だけがフルタイムの社員だという。同社は、M3D関連の強力なアイデアとIP（Intellectual Property）を保有しているものの、シリコン上で試験を行うためのパートナー企業を、まだ見つけることができないという。

　DARPAは、「M3Dは、半導体業界において利益が低迷し、コストが上昇していく中でも、再び業界を活性化させることが可能な、数々の有望な取り組みの中の1つである」と考えているようだ。DARPAは、次世代半導体開発関連の6つのプログラムの中の1つとして、チップスタックの研究開発を進めていく予定で、一部の企業からM3Dプロジェクトに関する提案を受けているという。

　米国の半導体市場調査会社であるInsight64で主席アナリストを務めるNathan Brookwood氏は、「例えるなら、建物の中の同じフロアの端から端までを進むのではなく、階段を上り下りしているような状況だといえるだろう。チップ上でキャッシュから演算器までの間を数十ミリメートル進むのではなく、ほんの1〜2mmしか前進することができないような状態だ」と述べる。

CEA-Letiは、M3Dが抱える課題を示した 出典：CEA-Leti