重要なポイント

  • 私たちが知っていること:今日のシリコン・ベースの半導体は、ますます資本集約的になってきており、新製品開発のコストが上昇し、典型的な成熟産業の成長率が予測されています。この結果、ROI(投下資本利益率)が減少し、フィラデルフィア半導体指数(SOX)は64%で、世紀が変わってからS&P500を下回っています。
  • 私たちは知る必要があります:巷(ちまた)には、新しいゲームがあります! 窒化ガリウム(GaN)技術は、すべてのシリコン資本や新製品開発コストのルールを破り、理論的にはシリコンを6000倍上回ることができます。GaN技術は、新しい価値のパラダイムを創造し、技術革新の爆発を起こしており、業界を一変させています。GaN半導体産業は、他の産業の成長率や、業界のリーダーのプレミアムROIを大幅に上回ることで、技術革新を加速させる日に帰ります。

あなたが半導体について知っていたことを、すべて忘れてしまおう

Fast Just Got Fasterのこれまでのブログでは、eGaNパワー・トランジスタによって可能になった新しい能力によって出現したアプリケーションを見ました。医療、通信、ヒューマン・マシン・インタフェース、および、電力自体の伝送(ワイヤレス・パワー伝送)のような分野で、これらのアプリケーションのいくつかの変革の力も議論しました。GaN技術は、技術的な改良の有用性が、広い商用市場にわたって明らかだった80年代や90年代と同じ時代に入ってきています。結果として、消費者は、当面の間、GaNのアプリケーションの成長を加速することによる改善によって可能になるライフスタイルの向上のために、プレミアムを支払うことをいとわないでしょう。

しかし、窒化ガリウム・ベースの技術が本当に、私たちのシリコン・ベースの世界の基盤を揺るがすか、を完全に理解するために、その加速した成長率と連動したGaNサプライチェーンのコストを分析し、どのように財務指標がリセットされるか、を調べる必要があります。

資本

今日、半導体ベースの企業は、収益基盤の拡大、および維持のためでさえ、膨大な資本が必要です。新たなウエハー加工施設は、建設し設備導入するために何10億米ドルものコストがかかります。加えて、設計ソフトやテスト装置は、資本予算のかなりの部分を占めます。技術のそれぞれの新しい世代は、最初のテスト・チップでさえ、生産ラインから出る前に、数10億ドルもする新しいツールのセットが必要です。

2014 Top 10 Suppliers' Capital Spending Forcast

出典:米IC Insights社のCompany Reports

図1:トップ10半導体メーカーの売上高成長率と設備投資。業界全体の売上高の伸びと設備投資も示されています。

図1は、2013年のトップ10半導体メーカーのリストで、各社の売上高成長率や設備投資を示しています。業界全体としては、資本設備に費やされたすべてのドルに対する売上高の増加分は、わずか0.24ドルでした。資本集約度のこの大きさによって、投資に対する適切なリターンを得ることが難しくなってきています。

新製品開発

Typical Mask Set Cost

出典:米Monolithic 3D Inc.

図2:標準的なマスク・セットのコストは、加工サイズの縮小と共に上昇してきました。

企業は、独自のウエハー工場を持つか、ファブレスか、新製品開発には、相当大きな新たな研究開発投資が必要となります。新製品開発に必要な最大の投資の1つは、シリコン・ウエハー上にデバイスの回路画像を転写するために使われるフォトリソグラフィ(またはフォト)マスクのセットです。先進的なディスクリート・トランジスタ(eGaN® FETなど)は、わずか10枚のフォトマスクで済むこともあります。先進的な集積回路は35枚以上が必要です。

ムーアの法則(単一チップ上のトランジスタ数が2年ごとに2倍になる)は、コストと性能の両方に明確な推進力を維持するためのデバイスの継続的な縮小に依存します。しかし、加工寸法は、過去20年にわたって、0.5µm(500nm)から0.045µm(45nm)に縮小したと同時に、これらのフォトマスクを製造するためのコストは、急上昇しました(図2参照)。他の開発コストも段階的に上昇し(図3参照)、先進的なシリコン・ベースのデバイスの全体的な費用は現在、1000万ドル台~1億ドル台で、潤沢な資金を持ち、成功した企業でないと、すべてに手が届かなくなっています。新しい工場や装置への投資と同様に、新製品は、半導体産業の成長のための燃料であり、そのコストが上昇し、新製品の数(そして、その革新的な貢献度)が減少しています。

Design Cost in $M

出典:米International Business Strategies社

図3:最小加工寸法の関数としての新製品開発コスト

産業の成長

図4は、過去35間の業界の売上高です。1980年代の22%と比較して、2000年以降、業界全体では、年間、わずか4%の成長率でした。80年代の半導体の「行け行けドンドンの年代」は、成熟産業のより落ち着いた成長率に置き換えられました。すなわち、製品の革新からの明るい光がどんどん小さくなっています。

Worldwide Semiconductor Sales 1980-2013

出典:米国半導体工業会(SIA)

図4:1980年から現在までの業界の売上高。1980年代、1990年代の年平均成長率、および2000年から2013年までの年平均成長率を示しています。

投資のロー・リターン

資本集約度の増加、製品開発コストの急上昇、製品の革新性の低迷、売上高のより低調な成長の結果として、投資収益率も減少するであろうことが予期されます。実際、これは正しい(表1参照)。業界では、投資に対するリターンの代わりにフィラデルフィア半導体指数(SOX)を使います。リターンは、より広いスタンダード・アンド・プアーズ社のS&P 500指数と比較することができます。

1995年から2000年まで、S&P500は、544から1394へと156%伸びたことに比べて、SOX指数は、127から778まで513%の伸びとなりました。しかし、2000年にバブル経済が破綻すると、リターンは劇的に減少し、再び、S&P500を破ったことがありません。実際には、2000年1月から2014年4月に、SOXは、S&P500を64パーセント・ポイント下回っています!

Comparison between PHL Semiconductor Index and S&P 500


表1:1995年から2014年4月までのフィラデルフィア半導体指数と株式市場のS&P500のリターンの比較。

窒化ガリウムへの参入

新しい半導体材料であるGaNの技術は、非常に多くの面で、ゲームのルールを変えることに注目すべきです。Fast Just Got Faster2回目のブログで論じたように、GaNは、シリコンに対して6000:1以上の性能の優位性を可能にする優れた結晶特性を備えています(現在、市場に出回っている初期のGaNデバイスは、すでに10:1の優位性を示し、急速に改善しています)。

GaNのこの重要な性能上の利点は、既存の後縁シリコン・インフラを使って実現できます。結果として、成長に必要な設備投資は大幅に削減されます。新たに必要な資本は、新たな売上高の10ドルに対して1ドル未満です(Fast Just Got Faster7番目のブログ参照)。これは、業界平均を40倍上回っています。新製品の開発は、窒化ガリウムが優れた結晶特性を備えているという事実のおかげで、超小型の形状にあまり頼らずに、最初のサンプルを得るためのコストは2万ドル以下です。このコスト削減は、多くの新製品が非常に小さい投資リスクで済む環境を整えます。

最後に、そして、おそらく最も重要なことは、GaNは、急激な成長期にあるということです。この成長は、より低い性能(そして、すぐに高コストになる)のシリコン・デバイスの置き換えと(Fast Just Got Faster2番目のブログ参照)、GaNの優れた性能によって可能になる新たに出現したアプリケーション(Fast Just Got Faster4番目5番目8番目のブログ参照)の両方から来ています。Efficient Power Conversion(EPC)が予測したeGaN FET製品ラインに対する2018年の売り上げの内訳を図5に示します。新しく出現したアプリケーションのLiDAR(光による検出と距離の測定)、包絡線追跡、ワイヤレス・パワー伝送は、予想した売上高の48%を占めます。これらのアプリケーションは現在、初期段階ですが、市場が爆発的に拡大します。

GaN Transistor Revenues in 2018

図5:EPCが予測した2018年のアプリケーション別の売上高

あなたが知っていたことを忘れてしまおう

資本集約的、高い製品開発コスト、および、減速する最終市場は、沈滞した投資リターンの成熟産業の証です。これは、今日の伝統のあるシリコン・ベースの半導体市場の場合です。

GaNの技術は、新しい市場がほぼ毎日のように出現したシリコンの初期の時代を取り戻す機会を提供し、優れた製品を開発するためのコストは、その製品によって実現されるメリットに比べて小さくて済みます。新しいGaNの競技場には多くのプレーヤがいますが、大きな勝利者は、機敏で革新的、かつ、いくらかのリスクを取るGaNに注力する初期の新規参入者であることは、疑いの余地がありません。