半導体開発の変化する風景: AI とデジタル優位の時代における戦略的進化　The Shifting Landscape of Semiconductor Development: A Strategic Evolution in the Age of AI and Digital Dominance

Title: The Shifting Landscape of Semiconductor Development: A Strategic Evolution in the Age of AI and Digital Dominance

In the ever-expanding realm of data-driven technologies, the role of data centers has become increasingly pivotal, with a significant challenge being the escalating power consumption. The pursuit of power efficiency involves various strategies, from optimizing air conditioning and upgrading cooling systems to advancements in software processing. However, a critical role is played by the semiconductors embedded in servers, particularly those powering CPUs and GPUs designed for AI applications. According to Yosuke Iwade of PwC Intelligence, semiconductor power efficiency is approaching technical limits, posing a significant concern for major players like GAFAM, who dominate the data center landscape.

Recent discussions in the digital space have prominently featured the emergence of Generative AI, recognized for its vast business potential and versatility, often hailed as a "game-changer" among top-level executives. The proliferation of Generative AI, driven by autonomous learning from massive datasets, contributes to the explosive growth in data processing within data centers. Semiconductors, residing within servers, play a crucial role in managing this escalating data processing demand.

One noteworthy trend is the concerted effort by tech giants, exemplified by GAFAM, in the development of in-house semiconductors. While the initial focus is often on securing specialized AI chips due to shortages in GPU chip supplies, another significant motivation is rooted in global initiatives, such as the COP21 Paris Agreement, driving the reduction of carbon dioxide emissions. As Yosuke Iwade explains, the pressing issues of increasing data processing and power consumption demand proactive efforts, not only in traditional sectors like automotive and aviation but also in the IT sector, to mitigate carbon emissions.

Companies like Apple and Google are also making strides in fulfilling their corporate social responsibility by shifting to renewable energy sources. Amidst these factors, startups specializing in semiconductor development, focusing on individual functionalities, are emerging. Notably, Preferred Networks, a Japanese unicorn AI venture, has collaborated with Kobe University to develop and offer proprietary semiconductors tailored for AI applications.

Considering the semiconductor shortage globally, the decision of GAFAM and others to manufacture their own semiconductors not only addresses supply chain challenges but also aligns with their commitment to environmental sustainability. The push for in-house semiconductor development stems from the desire to optimize AI technologies further and reduce dependence on external semiconductor manufacturers.

In the geopolitical arena, the United States strategically courts TSMC to fortify its position in the digital realm, perceiving the move as a substitution by U.S. companies for the roles currently played by Taiwan and South Korea. This suggests a potential scenario where Integrated Device Manufacturer (IDM) LSI makers may assert themselves as key players in AI chip manufacturing.

Amid concerns about the power consumption of data centers, the metric Power Usage Effectiveness (PUE) comes into focus as a measure of energy efficiency. However, even as PUE is reduced, the inevitability of increased power consumption with the addition of servers in the face of continuously growing data processing demands is acknowledged. Yosuke Iwade asserts that traditional semiconductor technologies aimed at power efficiency have reached their limits, primarily due to issues like leakage currents associated with miniaturization.

In response to this challenge, a globally anticipated solution emerges in the form of "optoelectronic fusion technology," aiming to replace electrical semiconductor computations with optical processes. Optoelectronic fusion technology leverages the superior energy efficiency and faster data transmission of light compared to electricity. This technology is not limited to communication networks but extends to all devices within data centers, connecting paths and components, promising unprecedented energy efficiency and enhanced processing performance for servers.

Japan is at the forefront of developing optoelectronic fusion technology, with a roadmap indicating the realization of ultra-low power consumption through optical wiring connections between cores within chips by 2030. The adoption of this technology is projected to achieve over 40% energy savings compared to current state-of-the-art data centers.

While the development of optoelectronic fusion technology is not exclusive to Japan, as chip development and manufacturing efforts are also underway in the United States, the strength of Japanese carriers lies in their comprehensive approach to research and development. Japan's carriers collaboratively engage in extensive technological development across various components, including WAN, LAN, and IT devices, providing a cohesive strategy to promote optoelectronic fusion technology.

The momentum toward open standards in optical communication devices is already underway, potentially offering opportunities for Japanese communication equipment manufacturers. As global adoption of optoelectronic fusion technology gains traction, there is a chance for these manufacturers to reclaim their position in the market, particularly in the face of the ongoing standardization efforts between global telecommunications carriers and hyperscalers.

However, the competition in this field is expected to be intense. Yosuke Iwade highlights the growing influence of hyperscalers in rapidly advancing their presence in network infrastructure development, driven by the expanding use of cloud services. The traditional vertically integrated communication infrastructure model led by carriers is already evolving in the United States, with hyperscalers like GAFAM taking the lead. This shift includes the sale of the core network for mobile communication services to IT vendors, demonstrating a changing power dynamic between carriers and hyperscalers.

タイトル: 半導体開発の変化する風景: AI とデジタル優位の時代における戦略的進化

拡大を続けるデータ駆動型テクノロジーの領域において、データセンターの役割はますます重要になっており、消費電力の増大が大きな課題となっています。 電力効率の追求には、空調の最適化や冷却システムのアップグレードからソフトウェア処理の進歩に至るまで、さまざまな戦略が関係します。 ただし、サーバーに組み込まれた半導体、特に AI アプリケーション用に設計された CPU と GPU に電力を供給する半導体が重要な役割を果たします。 PwCインテリジェンスの岩出洋介氏によると、半導体の電力効率は技術的な限界に近づいており、データセンターの状況を支配するGAFAMのような大手企業にとって重大な懸念となっている。

デジタル空間における最近の議論では、ジェネレーティブ AI の出現が目立っています。ジェネレーティブ AI は、その膨大なビジネスの可能性と多用途性が認められ、トップレベルの経営陣の間で「ゲームチェンジャー」として称賛されることがよくあります。 大規模なデータセットからの自律学習によって推進される生成 AI の普及は、データセンター内のデータ処理の爆発的な増加に貢献しています。 サーバー内に存在する半導体は、この増大するデータ処理需要の管理において重要な役割を果たします。

注目すべき動向の一つは、GAFAMに代表されるハイテク大手による自社半導体開発への協調的な取り組みである。 当初の焦点は、GPU チップの供給不足による特殊な AI チップの確保にあることが多いですが、もう 1 つの重要な動機は、COP21 パリ協定など、二酸化炭素排出削減を推進する世界的な取り組みに根ざしています。 岩出洋介氏が説明するように、データ処理と消費電力の増加という差し迫った問題には、自動車や航空などの伝統的な分野だけでなく、IT分野でも炭素排出量を削減するための積極的な取り組みが求められています。

Apple や Google などの企業も、再生可能エネルギー源への移行により企業の社会的責任を果たすべく前進しています。 こうした中、個別の機能に着目した半導体開発に特化したスタートアップが台頭している。 特に、日本のユニコーン AI ベンチャーである Preferred Networks は、神戸大学と協力して AI アプリケーションに合わせた独自の半導体を開発、提供しています。

世界的な半導体不足を考慮すると、GAFAMやその他の企業が自社で半導体を製造するという決定は、サプライチェーンの課題に対処するだけでなく、環境の持続可能性に対する彼らの取り組みとも一致している。 自社での半導体開発の推進は、AI テクノロジーをさらに最適化し、外部の半導体メーカーへの依存を減らしたいという要望から生まれています。

地政学的分野では、米国はデジタル分野での立場を強化するために戦略的にTSMCに働きかけており、この動きを台湾と韓国が現在果たしている役割を米国企業が代替するものと認識している。 これは、統合デバイス製造業者 (IDM) LSI メーカーが AI チップ製造の主要プレーヤーとしての地位を主張する可能性がある潜在的なシナリオを示唆しています。

データセンターの電力消費が懸念される中、エネルギー効率の尺度として電力使用効率 (PUE) という指標が注目を集めています。 ただし、PUE が削減されたとしても、データ処理需要が増大し続ける中で、サーバーの追加に伴う消費電力の増加は避けられないことが認識されています。 岩出陽介氏は、主に小型化に伴うリーク電流などの問題により、電力効率を目的とした従来の半導体技術は限界に達していると主張する。

この課題に対応して、電気半導体計算を光プロセスに置き換えることを目的とした、世界的に期待されている解決策が「光電子融合技術」の形で登場しています。 光電子融合技術は、電気に比べて光の優れたエネルギー効率と高速なデータ伝送を活用します。 このテクノロジーは通信ネットワークに限定されず、データセンター内のすべてのデバイス、接続パスとコンポーネントに拡張され、前例のないエネルギー効率とサーバーの処理パフォーマンスの向上が期待されます。

日本は光電気融合技術の開発で最前線に立っており、2030年までにチップ内のコア間を光配線で接続することで超低消費電力を実現するロードマップが示されている。この技術の導入により、従来比40％以上の省エネ効果が見込まれている。 現在の最先端のデータセンター。

光電気融合技術の開発は日本だけではなく、米国でもチップの開発・製造が進められており、日本のキャリアの強みは研究開発への総合的な取り組みにある。 日本の通信事業者は、WAN、LAN、IT デバイスなどのさまざまなコンポーネントにわたる広範な技術開発に協力して取り組み、光電子融合技術を推進するための一貫した戦略を提供しています。

光通信デバイスにおけるオープンスタンダードへの機運はすでに進行しており、日本の通信機器メーカーにチャンスをもたらす可能性があります。 光電子融合技術の世界的な採用が勢いを増すにつれて、特に世界的な通信事業者とハイパースケーラーの間で進行中の標準化の取り組みに直面して、これらのメーカーには市場での地位を取り戻すチャンスがあります。

しかし、この分野での競争は熾烈になることが予想されます。 岩出洋介氏は、クラウド サービスの利用拡大により、ネットワーク インフラストラクチャ開発における存在感が急速に高まり、ハイパースケーラーの影響力が増大していることを強調します。 米国では通信事業者主導の従来の垂直統合型通信インフラモデルがすでに進化しており、GAFAMのようなハイパースケーラーが主導権を握っている。 この変化には、モバイル通信サービスのコアネットワークのITベンダーへの売却が含まれており、通信事業者とハイパースケーラーの間の勢力図の変化を示しています。