TSMC、NVIDIAのAI技術を半導体製造に本格導入 設計から検査まで効率化へ
1日、台北流行音楽センターで「NVIDIA GTC Taipei 2026」の基調講演を行うエヌビディアの創業者兼CEO、ジェンスン・フアン氏。（写真/劉偉宏撮影）
米半導体大手NVIDIA（エヌビディア）の最高経営責任者（CEO）・黄仁勲（ジェンスン・フアン）氏は1日、「GTC Taiwan」で基調講演を行い、世界最大の半導体受託製造企業（ファウンドリ）である台湾積体電路製造（TSMC）が同社のAIおよびGPU加速コンピューティング技術を全面導入していると発表した。
半導体の設計から製造までのライフサイクル全体にAIを組み込むことで、処理サイクル時間、エネルギー効率、歩留まり、および最先端ファブ（半導体工場）の生産性向上を図る狙いだ。
米IT系メディア『Wccftech』は、半導体の微細化が進む中、設計から量産に至るプロセスが現在世界で最も複雑な演算課題の一つになっていると報じた。計算機リソグラフィ（Computational Lithography）、トランジスタシミュレーション、プロセス制御、ウェーハ検査など、いずれの工程においても、大規模なシミュレーションやリアルタイムの最適化、さらには物理モデルや画像分析を支援するAIシステムが不可欠となっている。
NVIDIAとTSMC、30年に及ぶ提携 ファブへのAI導入を推進
黄氏は、NVIDIAとTSMCが約30年にわたり提携を続け、演算技術の限界を共に突破してきたと述べた。TSMCは現在、NVIDIAのAIおよびGPU加速コンピューティング技術をファブに直接導入しており、シミュレーション、最適化、AIを活用して世界最難関の設計・製造課題を解決し、次世代半導体の処理速度、効率、歩留まりを一段と引き上げようとしている。
一方、TSMCの董事長・魏哲家（C.C.ウェイ）氏は、両社が長期的なパートナーシップを築き、次世代コンピューティング技術の発展を共通の目標としていると述べた。ファブ運営の最適化、露光、プロセス制御、欠陥検査などの分野でNVIDIAのGPU加速コンピューティングとAIを導入することで、TSMCは技術的優位性と卓越した製造能力をさらに強固なものとし、顧客の将来の製品成功を支援していく構えだ。
TSMCはどのようなAI技術でプロセスを加速させているのか
計算機リソグラフィ
TSMCは、NVIDIAの「cuLitho」を採用している。GPUで高速化された計算機リソグラフィライブラリであり、フォトマスク設計における露光やパターン変換プロセスに用いられる。従来のCPUベースの計算機リソグラフィと比較して、総所有コスト（TCO）を維持したまま、費用対効果または処理サイクル時間を20〜50%向上させることが可能だ。
トランジスタ・デバイス・プロセスシミュレーション
TSMCは、GPUを活用した電子構造シミュレーションライブラリ「NVIDIA cuEST」を導入している。半導体材料の設計分野において、化学シミュレーションの速度を平均50倍向上させる。
高度なプロセス制御（APC）
TSMCは機械学習ライブラリ「NVIDIA cuML」を利用し、NVIDIA製GPU上で大規模データ分析を高速化している。数千に及ぶ製造工程から数十万のプロセスパラメータを抽出し、機械学習モデルの精密な入力データとして活用することで、プロセスのばらつきを大幅に低減させている。
ファブ運営の最適化
CUDAに対応したGPUによるスケジューリング演算の高速化および「NVIDIA H200」GPUの導入により、TSMCはファブの生産効率において著しい改善を実現した。CUDAがもたらす演算能力により、複雑な制約条件を処理する能力を向上させ、生産フローの合理化とファブの生産能力最大化を図っている。
NVIDIAのAI欠陥検査プラットフォーム TSMCがナノスケールの検査能力を向上
半導体の微細化が進むにつれ、極めて微細な欠陥であっても品質や歩留まりに影響を及ぼす可能性があるため、より迅速かつ精確な検査が不可欠となっている。TSMCは「NVIDIA Metropolis」プラットフォームと「NVIDIA TAO Toolkit」を活用し、高度な欠陥分類能力を強化している。ビジョンAI技術を通じて、TSMCはすでにナノスケールの欠陥検査能力の向上を実現している。
NVIDIAのファブ建設シミュレーター TSMCの仮想工場設計を支援
最先端の半導体ファブは人類史上最も複雑な製造施設の一つであり、設備、材料、ロボット、人員、およびファシリティシステム間での精緻な連携が求められる。TSMCは「NVIDIA Omniverse」ライブラリを利用して「FabTwin」を構築し、プロセス設備の配置や関連するシミュレーションワークフローを評価するための仮想ファブ環境の構築を進めている。
物理的な建設を行う前にデジタル環境でさまざまな設計案をテストすることで、TSMCは複雑な配置をより柔軟に比較検討し、潜在的なボトルネックを早期に発見できるようになる。この「バーチャルファースト（Virtual-First）」のアプローチは計画効率を大幅に向上させ、実体的な建設や資本支出を行う前の重要な意思決定を加速させる。
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