【半導体とは】半導体不足はなぜ起きた？2023年の業界動向も分かりやすく解説！

このようなお悩みを解決します。

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この記事の結論

• 半導体は7種類に分類でき、大きくICと非IC半導体が存在する
• 半導体不足は需給のバランスが崩れたことで発生した
• 2023年はEV車と企業向け半導体に注目

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半導体はPCやスマートフォン、自動車、家電など様々なものに搭載されています。

私たちの生活には必要不可欠になってきていますが、具体的にどのようなものか知っていますか？

今回は、そもそも半導体とはどういうものか、半導体が不足している理由と今後の見通しについて解説していきます。

半導体とは

半導体とは、ある時には電気を通したり、あるときは電気を通さなかったりする物質のことです。

物質には電気を通す「導体」と電気を通さない「絶縁体」が存在していて、半導体はその二つの中間の性質を持っているため、電流を制御することができます。

圧力や温度の環境、不純物の有無などの条件により「導体」に変化したり、「絶縁体」に変化する特徴があるのです。

しかも近年では、半導体上の線の幅を微細化する動きが活発になっており、競争も激化しています。

使用する材料が減少して、製造コストが下がります。

また、機能の観点からも半導体内の配線が短くなることで省電力化・高速化に繋がります。

半導体は何から作られているのか

代表的な半導体の材料としては「シリコン(Si)」が挙げられます。

他にも、ゲルマニウムや複数の元素を組合わせた「化合物半導体」などもあります。

シリコンがよく使用される理由は、以下の通りです。

シリコンは資源に余裕があり加工に優れているため、よく使用されています。

このシリコンを加工して半導体の土台となるシリコンウェハが誕生します。

半導体の種類

半導体とは、大きく IC（集積回路）と非ICに分けることができます。

ICとは、シリコンチップの上に従来別々だったディスクリート（トランジスタやコンデンサなど）の機能をまとめたものです。

非ICとは、ICのように1つにまとめられておらず、単体として存在するものです。

非IC製品はICが誕生してからは集積化が進み、数量は大きく減少しました。

しかし、多くの電力を伴うパワートランジスタなどは集積化するのが難しく、単体のままで使用されることが多いです。

現在の半導体部品の内訳は以下の通りです。

WSTSとは、World Semiconductor Trade Statisticsの略で、世界半導体市場統計のことを指します。

この組織では1年間に2回、半導体市場の市場動向と国別、及び製品別での予測を開示しています。

上記では7つに分類されていますが、ICと非ICは以下のようなに分類できます。

		特徴	代表例
IC	メモリ	データの一時的・長期的な保存	DRAM, NAND, 3D-Xpoint
	ロジック	マイクロより専門的な処理を実施	GPU, FPGA
	マイクロ	演算や制御などの命令	MPU, MCU
	アナログ	信号を増幅し、変換	D/A・A/Dコンバータ
非IC	個別半導体	大きな電気の流れを制御	パワートランジスタ
	オプトエレクトロニクス	光を発したり、それによって認証や変換を実施	発光ダイオード（LED)、レーザー
	センサ	圧力や速度など検知・検出	加速度センサ、圧力センサ

それぞれ詳しく見ていきましょう。

メモリ（IC）

メモリとは、半導体の回路を電気を用いて制御することで、データを記憶する役割を持つ装置です。

フロッピーなどの磁気ディスクよりも振動や衝撃に強く、記録が物理的に無くなるリスクは低いです。

また、DVD/CDなどの光学ディスクよりも、読み書きの動作が高速です。

メモリには、電源を切ると記憶内容が失われる揮発性メモリと電源を切っても保存されている不揮発性メモリの二つがあります。

揮発性メモリの代表例としては「DRAM」が挙げられ、 PCのメインメモリ（主記憶装置）などに用いられます。

一方で、不揮発性メモリの代表例としては、「NANDフラッシュ」が挙げられます。

電源を切っても記憶が保存される分、動作がDRAMよりも遅く、何度も書き換えると劣化してしまうリスクもあります。

ロジック（IC)

ロジックとは、デジタル信号をメモリから読み取り、何らかの処理を実行した上でメモリに書き込む専門性の高いICです。　

情報を制御するための論理回路で構築されていて、内部回路の種類で分類されています。

例えば、ロジックの一つで3Dグラフィックスなどの画像描写を行うGPUの場合、CPUの数倍～100倍以上の計算速度で処理することもあります。

マイクロ（IC）

マイクロはCPUを搭載していて、複数の機能・装置をまとめてチップ化したもので、パソコンの心臓部を構成しています。

マイクロはロジックと類似していて、ロジックに含まれて分類されていることもあるので確認が必要です。

マイクロはマイクロコントローラ（MCU/マイコン）とマイクロプロセッサ（MPU）の二つに大きく分けられます。

	マイクロコントローラ(マイコン)	マイクロプロセッサ(MPU)
演算ビット数	8〜32ビット	32, 64ビット
消費電力	少ない	多い
価格	安い	高い
具体例	家電や玩具などの電気機器	スマートフォンやPC

プロセッサは高性能のため、PCやスマートフォンのCPUとして心臓部分を担っています。

一方でマイコンは小さいため、制御回路の部品を少なくすることができ、電子機器の小型化を実現することができます。

そのため、電気ポッドなどの家電製品から、安価な玩具まで、ほとんどの電気機器で使用されています。

アナログ（IC)

アナログとは、アナログ信号の処理や電源・動力制御などの機能を持つICです。

アナログ信号は電気や音声、圧力、温度など、連続していて数値化されていない情報のことです。

そうした情報をコンピューターが処理できるデジタルの0と1の信号へ変換する役割を持っています。

また、電圧をオン/オフだけではなく「少し高め、少し低め」など、細かく制御できるのもアナログ半導体の特徴です。

個別半導体（非IC）

個別半導体とは、一つの機能だけ備えている単純な半導体のことです。

ディスクリート半導体とも呼ばれています。

従来別々だったディスクリート（トランジスタやコンデンサなど）の機能をシリコンチップの上にまとめたものがICです。

時代とともにどんどん集積化が進んでいますが、集積化しにくい大電力のパワートランジスタは単体が多いです。

また、個別半導体は大量生産が行われるため、仕様が決められており、同じ製品が多くのメーカーによって製造されています。

オプトエレクトロニクス（非IC）

オプトエレクトロニクスとは、光工学と電子工学の技術を合わせてできた半導体です。

「オプト」の部分が光工学、「エレクトロニクス」の部分が電子工学を意味しています。

代表的な例としては、LED(発光ダイオード）が挙げられます。

LEDは電気エネルギーを光エネルギーに変換することで発光していて、従来の白熱電球のように物質を熱していないのです。

LED以外にも、マウスやレーザープリンターで使用されているレーザーも代表例の一つです。

センサ（非IC）

センサとは、物理的・化学的な現象を電気信号やデータに変換して出力するデバイスや装置です。

具体的には光や音、温度・湿度などの物理的現象と大気中のガスなどの化学的現象が挙げられます。

半導体業界とは？ 代表的な企業もご紹介

半導体の製造工程は大きく「設計工程」「前工程」「後工程」の3つに分けられます。

材料であるシリコンから最終製品である半導体チップまで400〜600の工程が必要だと言われていて、多くの企業が関わっているのです。

そうした半導体業界は大きく以下の4つに分類することができます。

	概要	代表的な企業
ファウンドリー	前工程をデバイスメーカーから受託	TSMC（台湾）、UMC（台湾）
デバイスメーカー	メモリやロジック半導体を製造	NVDA（米国）、ARM（英国）
半導体材料メーカー	原料のシリコンウェハを製造	信越化学工業（4063） SUMCO（3436）
半導体製造装置	半導体の製造に必要な機械を製造	AMAT（米国）、ASML（オランダ）

それぞれ、詳しく見ていきましょう。

ファウンドリ

ファウンドリとは、半導体の生産のみの機能に特化している企業のことです。

ファウンドリは他社からの依頼による生産を専門に行なっている為、設計や販売は顧客企業が行います。

こうした企業は高い技術水準を誇っていて、様々な企業の製品をまとめて生産するため、比較的低コストで製造することができます。

顧客企業としても、設備投資を抑えることができ、半導体の設計や開発に注力することが可能になります。

近年では、より多くの企業がファウンドリを利用する傾向にあります。

これには「ムーアの法則」が大きく関わっています。

ムーアの法則とは、半導体の性能が18ヶ月で2倍になるという経験則のことです。

つまり、半導体の技術は短期間で進歩し続けることが想定されていて、その度に設備増強も行う必要があるということです。

デバイスメーカー

デバイスメーカーとはロジックやメモリを問わず、半導体の設計や製造、販売を行っている企業の事を指します。

デバイスメーカーには以下の3種類があります。

	概要	代表例的な企業
ファブレス	設計・開発は自社。 製造工程のみ外部委託	NVDA（米国） 、ARM（英国）
ファブライト	設計・開発・生産は自社。 最先端プロセスのみ外部委託	Sony（6758）、ルネサス（6723）
IDM（垂直統合型）	設計・開発・生産をすべて自社	INTC（米国）、サムスン電子（韓国）

以前まではIDMの企業が多く、設計から生産まで一貫して行っていました。

しかし、莫大な設備投資が必要な点・高い頻度で新たな半導体製造装置を買うことが必要な点に鑑みて、ファブレス業態に変換する企業が増えました。

半導体材料メーカー

半導体の材料となるシリコンウェハや加工に必要なフォトレジストなどを生産している企業です。

こうした企業は、シリコンサイクルに影響を受けやすい特徴があります。

シリコンサイクルとは、半導体業界独自の約4年の周期を持つ景気循環の事です。

一般的に、シリコンサイクルの原因は、半導体が使用される製品の需給バランスが大きいからと言われています。

例えば、半導体を多く使用するスマートフォンやPCは、巨額な設備投資が必要な反面、自動車などと比べると製品寿命が短いです。

発売された当初は販売量が大きく増加しますが、その後販売不振となって過剰在庫になってしまい、需給バランスが崩れてしまうのです。

このサイクルを考慮し、多くの半導体材料メーカーでは価格や数量などを固定し供給する、長期契約を主体にしています。

半導体製造装置メーカー

半導体製造装置メーカーはその名の通り、半導体を作るための装置を製造・販売している企業です。

装置メーカーは半導体の製造過程ごとに分類することができます。

	概要	代表的な企業
前工程装置	ウェハのエッジングや洗浄などを行うための装置	AMAT（米国）
後工程装置	ウェハの切断や研磨などを行うための装置	東京精密(7729)、ディスコ(6146）
露光装置	ウェハに回路パターンを露光させ、チップを製造するための装置（前工程の一つ）	ASML（オランダ）、ニコン（7731）
検査装置	前・後工程において検査を行うための装置	KLAC（米国）

半導体製造装置メーカーは、半導体メーカーやファウンドリー企業の動向に大きく左右されます。

昨年、メーカーやファウンドリーが設備増強を発表し、製造装置メーカーに多くの注文が入りました。

過去最大の設備投資が続いており、今後も高い水準で成長することが見込まれます。

半導体不足の理由・見通しは？

半導体は新型コロナウイルスが拡大してきた2020年春頃から不足しはじめました。

以下で、詳しく説明します。

半導体不足の理由

半導体不足には、2つの理由があります。

新型コロナウイルスの感染拡大で外出自粛を余儀なくされました。

それによって、テレワークの普及や巣ごもり需要が急拡大し、PCや家電に含まれている半導体が大きく不足しました。

個人だけではなく企業でもDX化を推進するなど、半導体不足に拍車をかけました。

加えて、供給体制もひっ迫しました。

需要が高まった家電などに使用される半導体は最先端の半導体が製造されている工場ではなく、一世代前の工場で生産されていました。

しかし、そうした工場は老朽化が進んでいたため、多くの半導体メーカーがコストカットのためにファウンドリに委託しました。

そんな中でコロナによって需要が拡大し、各ファウンドリは大量の注文に対応できなくなってしまったのです。

また、米中貿易摩擦で米国が中国のファウンドリ企業に事実上の禁輸制裁を行い、台湾や韓国のファウンドリ企業に注文が殺到し、半導体不足が顕著になりました。

さらに、2020年秋頃には当面回復しないと思われていた自動車市場が回復。

半導体メーカーは家電やPCなどの生産ラインを増やし、車などの生産ラインは減らしていたため、自動車向けの半導体も大きく不足したのです。

加えて、2021年以降は相次いで発生した自然災害や工場での水不足・火災によって、半導体不足が加速したのです。

半導体業界は今後どうなる？

実は2023年1月時点では、半導体不足は多くの用途で解消しており、むしろ供給過剰になっているものも存在します。

半導体不足を背景に20年末から21年初頭にかけ、多くの半導体メーカーが製造ラインの増強を発表しました。

その大半は最先端製品向けですが、不足している成熟プロセス製品の工場の投資も一部では行われています。

早期に投資した工場が稼働するのが22年夏で、その効果が現在では既に波及していると考えられます。

自動車向けに使用されるパワー半導体やアナログ半導体は2023年も引き続き供給不足が予想されています。

こうした製品は最先端のものではなく、まだ設備投資も少ないため、需要のほうが大きい状態が継続しそうです。

また、EV車の普及が進んでおり、EV車はガソリン車よりも約3倍(金額ベース)の半導体を搭載するため、今後さらなる需要の増加も見込まれます。

一方で、スマホやパソコン向けに使用されるロジック半導体や特にメモリー半導体は2022年10月頃から既に供給過剰になっています。

加えて、データセンター向けも大手IT企業らが広告収入の低下を背景に、投資を抑えつつあり、供給過剰に拍車をかけています。

世界半導体統計（WSTS）によると、世界半導体市場は前年比4.1％減の5,566億米ドルになると予測されています。

シリコンサイクルが後退局面にあった2019年以来、4年ぶりのマイナス成長が見込まれています。

背景としては、世界的なインフレや金利上昇による可処分所得の減少が挙げられます。

また、個人消費がコロナ禍でのインドア需要から旅行や娯楽など他の分野にシフトしていることも大きな要因となっており、個人向けの市場が大きく低迷しています。

一方で、企業向けの製品・サービスについてはマクロ経済の減速や地政学的な懸念の高まりにもかかわらず、底堅く成長していくといえます。

【まとめ】半導体業界の成長性に期待

最後にこの記事の重要なポイントをまとめます。

現在は半導体不足に見舞われていますが、昨年増強した設備が今年の下半期から稼働し始めるため、回復が期待されます。

半導体は今話題のAIやメタバースにも使われており、最先端の技術に欠かせない存在であることは間違いありません。

今後も半導体業界の動向に注目していきましょう！

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※本記事は2022年1月31日時点の情報を元に作成されています。
※本記事内で紹介されている意見は個人的なものであり、記事の作成者その他紹介企業等の意見を代表するものではありません。
※本記事は情報提供を目的としており、特定商品・ファンドへの投資を勧誘するものではございません。投資に関する意志決定はご自身の判断にてお願い致します。