本記事はNVIDIAシリーズ第3回です。第1回はこちら、第2回はこちら。

「並列処理」は物理的な問題でもある

第1回でGPUの強さを「100人の営業マンが同時に動くショットガンフォーメーション」と表現した。

ここで問いが生まれる——その「100人」をどこに収めるのか。

GPUチップの中には数十億個のトランジスタ（電気信号のスイッチ）が詰め込まれている。並列処理を増やす＝トランジスタを増やす＝より小さく、より密に配置する必要がある。

最先端のNVIDIA H100 GPUに使われるTSMCの製造プロセスは4ナノメートル。次世代は3ナノメートルに向かっている。

1ナノメートルは10億分の1メートル。髪の毛の太さは約8万ナノメートルだ。4ナノメートルとは、髪の毛の2万分の1の世界だ。シリコン原子の大きさが約0.2ナノメートルなので、もはやトランジスタは原子数個分の厚みしかない。

なぜここまで小さくしなければならないのか

AIの計算量は指数関数的に増えている。

GPT-3（2020年）は1,750億パラメータ。GPT-4は推定1兆パラメータ以上。次世代モデルはさらに大きくなる。これを現実的な消費電力・発熱で処理するには、トランジスタを小さくして密度を上げるしかない。

「大きいチップを作ればいい」という発想には限界がある。チップを大きくすると、信号が端から端まで移動する距離が伸びて速度が落ち、発熱が増える。スタジアムを大きくすれば観客は増えるが、選手の移動距離も増えてプレイが遅くなる——そういう問題だ。

小さく、速く、省電力——この三位一体を追求することが、半導体産業の宿命だ。

「塵も入らない」世界を作る仕事

4ナノメートルのトランジスタを作るには、極めて純粋な素材と、極めて清潔な環境が必要だ。

チップを作る工場（ファブ）のクリーンルームは、外気の100万分の1の塵しか許容しない。手術室より1000倍以上クリーンな空間だ。作業員は全身スーツで覆われ、静電気すら管理される。

ここに日本企業の出番がある。

シリコンウェーハ（チップの土台） チップはシリコンの円板（ウェーハ）に回路を刻んで作る。このウェーハは99.999999999%（イレブンナイン）という極限の純度が求められる。信越化学工業（4063）とSUMCO（3436）は世界シェア合計で約60%を占める。代替品は存在しない。

フォトレジスト（回路を描く「インク」） 回路パターンをウェーハに転写するための感光剤。3ナノメートルの精度で描くには、分子レベルで均一な素材が必要だ。JSR（4185）・東京応化工業（4186）・信越化学が世界シェアの大半を握る。

製造装置 回路を描くための露光装置はオランダのASMLが独占しているが、その他の洗浄・成膜・エッチング装置では東京エレクトロン（8035）が世界トップ3に入る。TSMCやSamsungのライン増強は、東エレクの受注残に直接現れる。

テスト装置 完成したチップが正常に動くかを検査する。AI向けチップは複雑なため検査も高度化している。アドバンテスト（6857）は半導体テスト装置で世界シェア約50%を持つ。

「作れる国」が減り続けている

半導体の微細化は、参入障壁を年々高くしている。

最先端チップ（3〜5ナノメートル）を量産できる企業は現在、世界でTSMCとSamsungの2社のみだ。Intelは遅れを取り戻そうとしているが苦戦中。中国は米国の輸出規制により最先端装置にアクセスできない。

この「作れる国が2つしかない」という構造は、AIブームが続く限り変わらない。そしてその2社に素材と装置を供給しているのが、主に日本企業だ。

NVIDIAがソフトウェア（CUDA）で堀を持つように、日本の素材・装置企業は物理的な精度と長年の技術蓄積で堀を持っている。

日本サプライチェーン企業の見方

企業 役割 NVIDIA需要との繋がり
東京エレクトロン（8035） 製造装置 TSMC設備投資 → 直接受注
アドバンテスト（6857） テスト装置 AI向け高性能チップ検査需要
信越化学（4063） ウェーハ・フォトレジスト チップ増産 → 素材需要
SUMCO（3436） ウェーハ 同上
JSR（4185） フォトレジスト 微細化進展 → 高付加価値品需要

これらの企業の決算を読むとき、「AI向け需要の伸び」という文脈が背景にあることを意識すると、数字の意味が変わって見える。

まとめ

AIブームはソフトウェアの話に見えるが、その土台には物理的な精度の競争がある。トランジスタが原子に近づくほど、製造の難易度は上がり、代替できる企業は減る。その極限の精度を支えるサプライチェーンに日本企業が深く食い込んでいる——これが「AI時代の日本株」を考えるうえでの核心的な視点だ。

第4回「GoogleのTPU反撃論——NVIDIA一強に亀裂は入るか」は近日公開予定。

出典: 各社IR資料・公開情報をもとに編集部作成 | English version

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