半導体チップレット未来戦略

ビジネスチャンスと技術・用途拡大ロードマップ
サプライチェーンの全貌
-設計・装置・材料・ソフトウエア-

半導体チップレット未来戦略
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半導体のサプライチェーン、設計、装置、材料、ソフトウェアは
チップレット勃興でどう変わるのか?用途、市場はどこまで広がるのか?

今、「半導体チップレット」という新しい市場が生まれようとしています。半導体の進化を描いた「ムーアの法則」に沿って進んできた微細化が曲がり角を迎え、次世代の半導体を開発し続けるために設計手法から見直す必要に迫られているからです。本レポートは、この大きな動きをビジネスの側面、技術の側面、企業動向からまとめたものです。

半導体進化の歴史における変曲点といえるチップレットのインパクト、アプリケーションの進化とロードマップ、企業が描く新しいビジネスモデル、実現すべき半導体エコシステムと経済圏をまとめ、さらに、チップレットを支える技術全体像と設計技術、製造技術、ソフトウエア環境の観点、そして世界の企業動向などを解説します。豊富な図表で半導体チップレットのビジネスの現状と未来を読み解く本レポートは、半導体関連の事業者はもちろん、半導体のユーザー、これから事業参入を検討する方に必携の1冊です。

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成長市場、半導体チップレットに
挑むなら、今。

特長1未来シナリオと技術ロードマップ

AIが主導するアプリケーション進化の方向性、
技術実装ロードマップを提示

演算性能を競うAIやデータセンター、自動車、スマホなどの変革をリードするアプリケーションごとにロードマップを提示します。

チップレットの未来シナリオ

アプリケーションごとの高速化・低消費電力化・多機能化の具体的な取り組みと、拡大に欠かせない
半導体およびチップレットに要求される技術や、チップレットを利用するメリットを解説します。

クラウドとチップレットの未来

AIの普及とデータセンターの急速な拡大が半導体開発に及ぼす影響 など

エッジ端末とチップレットの未来

PCやスマホをエッジAIで強化していくためのプロセッサーの進化 など

自動車とチップレットの未来

ソフトウエア定義車両(SDV)の進化とE/Eアーキテクチャー、求められる半導体像 など

産業/社会システムとチップレットの未来

DX、GX の推進にデジタルツインをフルに活用/電力システムと情報通信システムの協調整備 など

チップレット&半導体実装技術のロードマップ2025-2035

3つのテーマカットで、「クラウド」、「エッジ端末」、「自動車」、「産業/ 社会システム」それぞれでの適用先と、
2025年、2030年、2035年時点で必要とされる技術要件や仕様をロードマップとして提示。

■ 情報技術の高度化に向けた技術ロードマップ

高速演算向けデジタルプロセッサー/ロジック、広帯域メモリー

■ ヘテロインテグレーションへの対応に向けた技術ロードマップ

集積化すべき半導体デバイスの種類、 光電融合技術

■ ダイ間をつなぐ技術のロードマップ

WL - CSP、FO-WLP/FO-PLP、シリコンインターポーザー、ガラス基板

特長2ビジネスモデル、
サプライチェーンはこう変わる

チップレットがもたらす産業構造の変化と
新プレーヤーの出現

チップレットで広がる可能性

設計・製造だけでなく半導体ビジネス全体の変革に/最大のドライブ要因は急拡大するAI など

拡大する市場と激変するサプライチェーン

チップレット向け新技術がサプライチェーンの変化を生む/業界地図は様変わり、主導権は「中工程」に など

チップレット時代の産業構造とビジネスモデル

ポスト5G基金によるチップレット技術開発/チップレットがもたらす7つのメリット/「チップレット×生成系AI」時代のチップレット×生成系AI」時代の新たなビジネスモデル など

生産ラインのシミュレーション

チップレット時代に向けた新たな生産体制を提案/後工程やOSAT、EMSのあり方が変わる/設計もアジャイルになり民主化する

チップレットの市場規模の見積もり

半導体関連市場の構造/チップレットが生み出す市場の全体像/半導体市場の内訳

新プレーヤーの出現と業種別からの主導権争い

スタートアップから商社まで、参入企業は多種多様/チップレットが生み出す新しい事業領域 など

チップレットで主導権を握るには? 日本が取るべき勝ち筋

生成系AI 時代の業界構造変化のシナリオ/チップレット時代に想定される業界構造の5つのパターン など

特長3チップレット製造技術と設計技術の要諦

各社のチップレットを支える設計技術、製造技術を詳解

一言でチップレットといっても、構造も製造方法も材料も企業ごとに異なります。チップレットの現状を整理し、半導体の進化の方向が2次元から3次元に変わることについて詳解します。

チップレットの製造技術―構造・組み立て・製造・材料技術と今後の展望

多様化するチップレットパッケージの形態

2.5D、3D、3.5Dの定義/2.3/2.5D実装の特徴/3D実装の特徴/チップレットパッケージの種類

チップレットパッケージの将来トレンド

AI学習モデルのトレーニング向け/AI学習モデルによるサービス実施向け/サーバーCPU 向け/車載向け

構造・組み立て・製造・材料技術

  • ● チップレット技術の全体像
  • ● 有機基板層
  • ● インターポーザー層<シリコンインターポーザー型、ガラスインターポーザー型、有機インターポーザー型、シリコンブリッジ型、縦方向配線、モールディング、大型パネル化>
  • ● 3Dチップレット<マイクロバンプ、ハイブリッドボンディング、Wafer-to-Wafer(W2W)ハイブリッド接合、Die-to-Wafer(D2W)ハイブリッド接合>
  • ● チップレット集積の今後の展開、3.5D集積

チップレットの設計技術

エッジAIの可能性と大脳への挑戦

注目されるエッジAIへの取り組み/GPU中心のAI処理の限界 など

設計・開発コストの削減に挑む

目的特化型のDSAの必要性/開発コスト削減に有効なチップレット など

EDAツールの進化が支えるチップレット、1nmを超えて

3Dにおける設計技術の変化/ 2030年ビジョン など

熱設計・冷却設計の課題と突破口

裏面電源供給のチップレット熱設計への影響/チップレット採用で冷却システムはどう変わるか など

特長4AIソフトウエアの現状と課題、参入戦略

GPU向けAIソフトウエア環境の成り立ちと現状

エヌビディア絶対優位を築いたソフト戦略

GPUをなぜAI 処理に使うのか?/ CUDAの牙城に挑むライバルの戦略 など

最新AIプログラミング環境を解説

AIフレームワーク、AIコンパイラー/革命的コンパイラ基盤技術LLVM・MLIR など

成功の鍵を握るAIソフト戦略

エッジAIプロセッサーの学習モデル導入と課題/新規AIプロセッサーのソフト戦略事例 など

特長5世界のキープレーヤーの
戦略・動向を解説

各社のチップレット技術展開や
各分野の主要プレーヤーの戦略を解説

全体動向

  • ■ リリース済みの主なチップレット製品一覧
  • ■ 新規参入する主な企業とその計画
  • ■ チップレット関連技術の動向
  • ■ 調査:半導体製造装置・材料各社の参入意向

キープレーヤーの戦略

■ ファウンドリー

台湾積体電路製造(TSMC)、サムスン電子 など

■ EDAツ ールベンダー

ケイデンス・デザイン・システムズ、シノプシス

■ 設計サービス

ブロードコム、ソシオネクスト など

■ OSAT

日月光投資控股(ASE)、アムコー・テクノロジー

■ チップベンダー

AMD、インテル、エヌビディア

こんな方にお勧めです!

  • チップレット市場拡大を機に、半導体産業に新規に参入したい方
  • AI関連やデータセンターなどへの新規参入や新事業を検討している方
  • 電動化や自動運転など自動車プラットフォーマーの新サービス・新事業の検討をされている方
  • 半導体に関して事業領域の拡大や新事業の創出を検討している方
  • コンサルタント、金融、証券、商社などで半導体事業分野に参入や投資を検討されている方

目次

本書の目次

第0章このレポートの読み方

0-1本レポートの目的と想定読者
  • 0-1-1 本レポートの目的
  • 0-1-2 本レポートの想定読者
  • 0-1-3 情報ニーズと各章の対応
0-2 本レポートの構成

第1章チップレットが生み出す新事業と新産業

1-1 チップレットで広がる可能性
  • 1-1-1 設計・製造だけでなく半導体ビジネス全体の変革に
  • 1-1-2 最大のドライブ要因は急拡大するAI
  • 1-1-3 性能向上のニーズに半導体の進化が追いつかない
  • 1-1-4 微細化では集積度・処理速度・低消費電力の課題を乗り越えられない
  • 1-1-5 チップレット化は製造コスト抑制、早期投資回収にも貢献
1-2 拡大する市場と激変するサプライチェーン
  • 1-2-1 主要用途はHPC、自動車などエッジAI にもポテンシャル
  • 1-2-2 チップレットが多機能・多品種化を促し、新規参入の道を開く
  • 1-2-3 チップレット向け新技術がサプライチェーンの広がりを生む
  • 1-2-4 業界地図は様変わり、主導権は「中工程」に
  • 1-2-5 2030年に世界で15兆〜20兆円規模に、製造装置・材料を含めたチップレット市場
  • 1-2-6 消費電力抑制・開発環境などの進展度合いが普及シナリオに影響
1-3 チップレットで主導権を握るには?日本企業の課題と挑戦
  • 1-3-1 まずは先端半導体ユーザー開拓、狙い目はインテグレーターや光電融合
  • 1-3-2 日本の技術開発力を世界へ展開

第2章未来シナリオとロードマップ

2-1 AIが主導するアプリケーションの進化とチップレット
  • 2-1-1 現代社会の2大メガトレンドとチップレットの貢献
  • 2-1-2 応用領域での技術・ビジネスのトレンドに伴うチップレットへの要求
  • 2-1-3 多様な応用領域でのDXとGXの推進に見られるシステム技術の一般的傾向
2-2 クラウドとチップレットの未来
  • 2-2-1 生成AIなどAIの普及と高度利用が半導体開発に及ぼす影響
  • 2-2-2 演算器とメモリーの融合が進展、それを支援する半導体技術が求められる
  • 2-2-3 生成AIの使い勝手を向上するためのエッジAI向け半導体技術が必要に
  • 2-2-4 5G、特にミリ波の普及が進まないことのクラウドに対する影響
  • 2-2-5 クラウド側のサーバー/HPCでは、既に光配線の時代に突入
  • 2-2-6 クラウド側のサーバー/HPCでの半導体およびチップレットに対する要求
2-3 エッジ端末とチップレットの未来
  • 2-3-1 近未来のエッジ端末に搭載される機能
  • 2-3-2 人と機械の関わりをより緊密にするための半導体の進化
  • 2-3-3 エッジ端末の利用シーンを拡大するためのエネルギーハーベスティング
  • 2-3-4 エッジコンピューティングを強化していくためのマイクロデータセンター
  • 2-3-5 エッジ側の端末での半導体およびチップレットに対する要求
2-4 自動車とチップレットの未来
  • 2-4-1 SDVのE/Eアーキテクチャーとそこで求められる半導体像
  • 2-4-2 ゾーン型アーキテクチャーでのチップレットに対する要求
  • 2-4-3 電動化の進展に伴って求められるパワエレ向けチップレット技術
  • 2-4-4 EVシフトのシナリオ見直しによって求められるパワエレ技術が多様化
  • 2-4-5 自動車用パワエレ向けチップレットが開く新応用への展開
  • 2-4-6 自動車から加速し始める光伝送技術の活用
  • 2-4-7 自動車での半導体およびチップレットに対する要求
2-5 産業/社会システムとチップレットの未来
  • 2-5-1 DX、GXの推進にデジタルツインをフルに活用
  • 2-5-2 製造業では、OTとITの両面で高度な情報処理技術の投入が求められる
  • 2-5-3 電力システムの刷新と効率化が世界の最重要課題に
  • 2-5-4 電力システムと情報通信システムの協調整備
  • 2-5-5 産業/社会システムでの半導体およびチップレットに対する要求
2-6 チップレットおよび半導体実装技術のロードマップ
  • 2-6-1 情報技術の高速化に向けたチップレット技術のロードマップ
  • 2-6-2 ヘテロインテグレーション(HI)への対応に向けた技術ロードマップ
  • 2-6-3 ダイ間をつなぐ技術のロードマップ
  • 2-6-4 SiP方式の実装技術のロードマップ

第3章ビジネスモデルとサプライチェーン、新プレーヤーの出現

3-1 チップレット時代の産業構造とビジネスモデル
  • 3-1-1 半導体振興政策の鍵を握るチップレット
  • 3-1-2 既に始まる標準化争い、相次ぐ国家プロジェクト
  • 3-1-3 ポスト5G基金によるチップレット技術開発(1)
  • 3-1-4 ポスト5G基金によるチップレット技術開発(2)
  • 3-1-5 チップレットがもたらす7つのメリット
  • 3-1-6 新プレーヤーの出現と激化する主導権争い
  • 3-1-7 「チップレット×生成系AI」時代の新たなビジネスモデル
3-2 生産ラインのシミュレーション
  • 3-2-1 チップレット時代に向けた新たな生産体制を提案
3-3 チップレットの市場規模の見積もり
  • 3-3-1 チップレットが生み出す市場規模は、10~20兆円
3-4 新プレーヤーの出現と業種別からの主導権争い
  • 3-4-1 スタートアップから商社まで、参入企業は多種多様
3-5 日本が取るべき勝ち筋、業界構造再編のシナリオ
  • 3-5-1 生成系AIに注目、日本の半導体強化につながる分野
  • 3-5-2 多様な半導体を詰め込んだ「幕の内弁当」が日本の勝機
3-6 付録1 生産ラインシミュレーションの詳細
  • 3-6-1 前・後工程の融合を短TAT生産に利用することを提案
  • 3-6-2 チップレット効果を考慮した短TAT生産
  • 3-6-3 短TAT生産のシナリオ別シミュレーション
3-7 付録2 ポスト5G基金事業の全容
  • 3-7-1 「半導体・デジタル産業戦略」を推進するための技術開発を推進
  • 3-7-2 ポスト5G情報通信システムの開発(委託、助成)
  • 3-7-3 先端半導体製造技術の開発(助成、委託)
  • 3-7-4 先導研究(委託、助成)

第4章チップレットの製造技術

4-1 チップレット製造トレンドと今後
  • 4-1-1 多様化するチップレットパッケージの形態
  • 4-1-2 チップレットパッケージの将来トレンド
4-2 構造・組み立て・製造・材料技術
  • 4-2-1 チップレット技術の全体像
  • 4-2-2 有機基板層
  • 4-2-3 インターポーザー層(1) シリコンインターポーザー型
  • 4-2-4 インターポーザー層(2) ガラスインターポーザー型
  • 4-2-5 インターポーザー層(3) 有機インターポーザー型
  • 4-2-6 インターポーザー層(4) シリコンブリッジ型
  • 4-2-7 インターポーザー層(5) 縦方向配線
  • 4-2-8 インターポーザー層(6) モールディング
  • 4-2-9 インターポーザー層(7) 大型パネル化
  • 4-2-10 3Dチップレット(1)マイクロバンプ
  • 4-2-11 3Dチップレット(2)ハイブリッドボンディング
  • 4-2-12 3Dチップレット(3)ハイブリッド接合の要素技術 :Wafer-to-Wafer(W2W)ハイブリッド接合
  • 4-2-13 3Dチップレット(4)ハイブリッド接合の要素技術 :Die-to-Wafer(D2W)ハイブリッド接合
  • 4-2-14 チップレット集積の今後の展開、3.5D集積

第5章チップレットの設計技術

5-1 エッジAIの可能性と大脳への挑戦
  • 5-1-1 注目されるエッジAIへの取り組み
  • 5-1-2 GPU中心のAI処理の限界
  • 5-1-3 手続き型のアーキテクチャーから構造型のアーキテクチャーへ
  • 5-1-4 今考えるべきエッジAIの将来設計
  • 5-1-5 これからやってくるAIの変革期
5-2 EDAツールの進化が支えるチップレット、1nmを超えて
  • 5-2-1 現状の設計環境
  • 5-2-2 3Dにおける設計技術の変化
  • 5-2-3 チップレット設計
  • 5-2-4 今後の開発予定
  • 5-2-5 2030年ビジョン
  • 5-2-6 今後の課題
5-3 設計・開発コストの削減に挑む
  • 5-3-1 スケーリング則の限界
  • 5-3-2 目的特化型のDSAの必要性
  • 5-3-3 DSAの開発コスト削減に有効なチップレット
5-4 熱設計・冷却設計の課題と突破口
  • 5-4-1 チップレットの熱的な構造
  • 5-4-2 チップレットの放熱で上面が重視される理由
  • 5-4-3 有機インターポーザー採用で放熱性はどう変わるか
  • 5-4-4 放熱に貢献するダミーダイ、優位性低いガラス基板
  • 5-4-5 裏面電源供給のチップレット熱設計への影響
  • 5-4-6 熱伝導性に優れる3D積層のハイブリッド接合化
  • 5-4-7 チップレット熱設計には統合環境が必須
  • 5-4-8 チップレット採用で冷却システムはどう変わるか
  • 5-4-9 熱抵抗を下げるための設計パラメーターの検討
  • 5-4-10 TIMとヒートシンクの高性能化と多様化
  • 5-4-11 データセンターにおけるサーバー冷却
  • 5-4-12 車載機器におけるECUの冷却
  • 5-4-13 モバイル機器の冷却

第6章AIソフトウエアの現状と課題、参入戦略

6-1 GPUはなぜAI処理に向くのか
  • 6-1-1 エヌビディアの優位性を築いたソフトウエアへの投資
  • 6-1-2 GPUの誕生とAI処理への流れ
  • 6-1-3 GPUハードウエアの仕組みとプログラム実行
6-2 AIプログラミング環境とAIフレームワーク、AIコンパイラー
  • 6-2-1 低レベルソフトウエア開発環境
  • 6-2-2 プログラミングモデルの分類
  • 6-2-3 LLVM/MLIRコンパイラー基盤技術
  • 6-2-4 様々なAIプログラム言語モデル
  • 6-2-5 AIフレームワークとAIモデル専用コンパイラー
  • 6-2-6 AIフレームワークとAIコンパイラー
  • 6-2-7 ビッグテック各社のAIフレームワークへの対応状況
6-3 ハードメーカーが考えるべきAIソフト戦略
  • 6-3-1 エッジデバイスへのAIモデルデプロイ
  • 6-3-2 ハードベンダーのAI参入事例と今後の課題

第7章市場・技術をリードする企業の動向と戦略

7-1 設計・製造プレーヤーの動向と戦略
  • 7-1-1 チップレットとマルチダイソリューションの違い
  • 7-1-2 初期のチップレット実装
  • 7-1-3 インテルのチップレット実装
  • 7-1-4 チップレットのメリットを活用するAMD
  • 7-1-5 エヌビディア、AWS、グーグルのチップレット
  • 7-1-6 リリース済みの主なチップレット製品一覧
  • 7-1-7 チップレットに新規参入する主な企業とその計画
  • 7-1-8 コスト面から読み解くチップレット関連技術の動向
7-2 世界のキープレーヤー50社の動向と戦略
  • 7-2-1 チップレット関連ビジネスを分類
  • 7-2-2 どの企業がどの分野のチップレット事業に参入できるのか
  • 7-2-3 ファウンドリー : 台湾・台湾積体電路製造(TSMC)
  • 7-2-4 ファウンドリー : 韓国サムスン電子 ファウンドリー事業
  • 7-2-5 ファウンドリー : 米インテル・ファウンドリー
  • 7-2-6 EDAツールベンダー : 米ケイデンス・デザイン・システムズ
  • 7-2-7 EDAツールベンダー : 米シノプシス
  • 7-2-8 設計サービス : 米ブロードコム
  • 7-2-9 設計サービス : 米マーベル
  • 7-2-10 設計サービス : ソシオネクスト
  • 7-2-11 OSAT : 台湾日月光投資控股(ASE)
  • 7-2-12 OSAT : 米アムコー・テクノロジー
  • 7-2-13 チップベンダー : 米アドバンスト・マイクロ・デバイス(AMD)
  • 7-2-14 チップベンダー : 米インテル
  • 7-2-15 チップベンダー : 米エヌビディア
  • 7-2-16 付表 : 各社のチップレット向けパッケージ技術
7-3 調査: 半導体製造装置・材料各社が見るチップレット
  • 7-3-1 回答者のプロフィルと調査の概要
  • 7-3-2 チップレットは業界をどう変えるか
  • 7-3-3 チップレット事業への取り組み状況

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【収録内容】
●第0章 「このレポートの読み方」
●第2章 「未来シナリオとロードマップ」の一部
●第4章 「チップレットの製造技術」の一部
●第5章 「チップレットの設計技術」の一部
●第7章 「市場・技術をリードする企業の動向と戦略」の一部
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半導体チップレット
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  • ■著者・編集:日経BP 総合研究所、日経クロステック
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  • ■発行日:2024年12月13日 発行
  • ■仕様:A4判、446ページ
  • ■発行:日経BP

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