スマートフォンやタブレットを使う際、私たちはAppleやSamsungといったブランド名を目にしますが、その内部で動いている重要な部品について考えることはあまりありません。
実は世界のテクノロジー産業を支える「縁の下の力持ち」として、ARMとTSMCという2つの企業が極めて重要な役割を果たしています。
ARMはスマートフォンの頭脳となるプロセッサを設計し、TSMCはそれを実際のチップとして製造する世界最大の半導体ファウンドリーです。この記事では、あまり知られていないものの現代のデジタル生活を根底から支えるこれら2社の役割と重要性について解説します。
ARMの革新的なビジネスモデルと省電力設計哲学
「ファブレス」という革新的アプローチ
ARMはイギリスの半導体・ソフトウェア設計会社で、世界中のスマートフォンやタブレットに使われるプロセッサの設計で知られています。
インテルやAMDといった競合企業と大きく異なる点は、ARMが自社でチップを製造せず設計を他社にライセンス供与している点です。
このビジネスモデルは「ファブレス」（Fabless）と呼ばれています。「ファブリケーション・レス」（製造なし）という言葉に由来するこの用語は、ARMが製品を設計するが製造はしないという事実を端的に表しています。このアプローチにより、ARMは膨大な製造設備への投資を避けながら技術革新に集中できる利点があります。
ARMのライセンスモデルには主に二種類あります。
一つは「プロセッサライセンス」で、クアルコムやAppleなどの企業がARMの設計をそのまま使用できるものです。
もう一つは「アーキテクチャライセンス」で、顧客がARMの命令セットをベースに独自のプロセッサを設計できる自由度の高いオプションです。このフレキシブルなライセンスモデルが、ARMの広範な普及を支えています。
RISC設計による省電力アーキテクチャ
ARMが採用しているRISC（Reduced Instruction Set Computing）アーキテクチャは、その名の通り命令セットを削減しシンプルな命令でタスクを実行するアプローチです。
これにより、複雑な命令セットを持つCISC（Complex Instruction Set Computing）アーキテクチャを採用しているインテルなどと比較して大幅な省電力化を実現しています。
RISCアーキテクチャでは、1クロックサイクルで1つの単純な命令を実行するよう設計されています。これにより、プロセッサの回路が単純化され消費電力と発熱が削減されるのです。バッテリー駆動のモバイル機器にとって、この省電力性は決定的な優位性となりました。
実際、この設計哲学のおかげでARMベースのプロセッサはスマートフォンやタブレットだけでなく、IoT（モノのインターネット）デバイスや組み込みシステムなど、省電力性が重視される様々な用途に広く採用されています。
スマートウォッチや家庭用ロボット、さらには一部の自動車のコンピュータシステムにもARMプロセッサが使われているのです。
TSMCの世界最先端半導体製造技術
ファウンドリービジネスの開拓者
台湾の新竹市に本社を置くTSMC（Taiwan Semiconductor Manufacturing Company）は、世界最大の専業独立系（ピュアプレイ）半導体ファウンドリーです。
「ファウンドリー」とは、他社が設計したチップを製造する企業のことを指します。
TSMCは1987年、モリス・チャン博士によって設立されました。チャン博士は半導体業界に革命をもたらす新しいビジネスモデルを提案しました。
それまでは、多くの半導体企業が設計から製造まで一貫して行う「垂直統合型」のビジネスモデルを採用していました。しかしチップの設計と製造を分離することで、設計専門の企業（ファブレス企業）と製造専門の企業（ファウンドリー）がそれぞれの専門分野に集中できるようになったのです。
TSMCは世界初の専業半導体ファウンドリーとしてこのビジネスモデルを確立しました。現在、TSMCの顧客にはクアルコム、NVIDIA、AMDといったファブレス企業だけでなく、Appleのような一部設計・一部外注の統合デバイスメーカー（IDM）も含まれています。
このビジネスモデルがここまで成功した背景には、半導体製造の複雑化と巨額な設備投資の必要性があります。最新の半導体工場（通称「ファブ」）の建設には数十億ドルもの投資が必要です。
多くの企業にとって、そのような投資を自社で行うよりもTSMCのような専門企業に製造を委託する方が効率的になったのです。
最先端プロセス技術への挑戦
TSMCの重要性は、その規模だけでなくその技術力にもあります。同社は、より小さくより効率的なチップアーキテクチャの開発における世界的リーダーです。
2023年時点でTSMCは3nmプロセス技術の量産を開始しており、2nm技術の開発も進行中です。この数字は製造可能な最小の回路構造のサイズを表しています。数字が小さくなるほど同じ面積により多くのトランジスタを詰め込むことができ、性能向上と消費電力削減につながります。
例えば2020年に登場したAppleのM1チップはTSMCの5nmプロセスで製造されましたが、これにより小型のチップながら高い性能と優れた電力効率を実現しました。このような先端技術を持つファウンドリーは世界でも数社しかなく、TSMCはその最前線に立ち続けています。
TSMCの製造能力は世界の電子機器産業にとって不可欠なものとなっています。実際もしTSMCが生産を停止した場合、スマートフォンからゲーム機、自動車の電子制御システムまで世界中の電子機器産業に深刻な影響が及ぶと言われています。
半導体の供給チェーンにおいて、TSMCはまさに「要」の位置にあるのです。
ポストPC時代を支える両社の相互補完関係
モバイル革命におけるARMとTSMCの役割
ARMのエネルギー効率に優れた設計とTSMCの高度な製造能力が組み合わさることで、スマートフォンやタブレットの急速な進化が可能になりました。この組み合わせは、エネルギー効率と小型化が最も重要なモバイル機器の領域で特に威力を発揮しています。
2007年に登場した初代iPhoneを例に考えてみましょう。当時のiPhoneにはARMのアーキテクチャに基づいたプロセッサが搭載されていました。その後のスマートフォン市場の爆発的成長に伴い、ARMベースのプロセッサとTSMCの製造技術も急速に進化しました。現在では、ARMアーキテクチャは世界のスマートフォンの95%以上に採用されており、その多くがTSMCで製造されています。
このようにARMとTSMCは「ポストPC時代」と呼ばれる、モバイル機器やインターネット接続機器が主要なコンピューティング手段となる時代の到来に大きく貢献しています。PCの時代にはインテルとマイクロソフトが主役でしたが、モバイル時代にはARMとTSMCという新たな主役が台頭したといえるでしょう。
デジタル世界を支える縁の下の力持ち
ARMとTSMCの名前は一般消費者にはあまり知られていないかもしれませんが、私たちが毎日使っているテクノロジーに計り知れない影響を与えています。
例えばあなたがスマートフォンでSNSをチェックするとき、メッセージを送るとき、あるいはモバイルゲームをプレイするときもARMベースのプロセッサがそれを可能にしています。そして、そのプロセッサはTSMCの工場で製造されたチップである可能性が高いのです。
このようにARMとTSMCは直接消費者の目に触れることはなくても、デジタル世界の基盤を支える「縁の下の力持ち」として極めて重要な役割を果たしています。両社の技術とビジネスモデルが存在しなければ、今日のようなスマートデバイスの普及は実現していなかったかもしれません。
半導体業界の未来と両社の課題
技術的限界との闘い
半導体技術は常に物理的限界との闘いでもあります。
ムーアの法則（トランジスタの集積度が18ヶ月ごとに2倍になるという経験則）に従って微細化を進めてきた半導体業界ですが、原子レベルの寸法に近づくにつれ従来の方法での微細化は難しくなってきています。
TSMCは3nmからさらに微細化を進め、2nmそしてそれ以降の技術開発に挑戦していますが、物理法則による制約はますます厳しくなっています。こうした状況でARMもTSMCも単なる微細化だけでなく、チップアーキテクチャの革新や3D積層技術など新たなアプローチを模索しています。
例えばARMは最新のArmv9アーキテクチャで性能と効率のバランスを改善しているほか、TSMCは従来の平面的なチップ設計から立体的な3D設計への移行を進めています。こうした革新により、物理的限界を乗り越える道が開かれつつあります。
地政学的リスクとサプライチェーンの課題
半導体産業は近年、地政学的な課題にも直面しています。特にTSMCは台湾に拠点を置いていることから、地政学的リスクへの懸念が高まっています。
このリスクを軽減するためにTSMCは日本やアメリカでの新工場建設を進めています。一方、ARMも2020年にソフトバンクグループからNVIDIAへの売却が検討されましたが（最終的には取引は中止）、半導体業界における主導権をめぐる国際的な競争が激化していることを示す出来事でした。
また2020年から2022年にかけての世界的な半導体不足は、半導体サプライチェーンの脆弱性を浮き彫りにしました。これを機に各国は半導体製造の国内回帰や投資促進策を打ち出し、半導体産業の地図が塗り替えられる可能性もあります。
このような変化の中でARMとTSMCがどのように適応し進化していくかは、今後の半導体業界全体の行方を占う重要な指標となるでしょう。
まとめ
ARMとTSMCは、今日のデジタル社会を支える重要な役割を果たしています。
ARMの省電力設計哲学とライセンスビジネスモデル、そしてTSMCの最先端製造技術と専業ファウンドリーとしての地位は、スマートフォンやタブレットを中心とするポストPC時代の到来を可能にしました。
両社の存在がなければ、私たちが日常的に使用しているスマートデバイスは現在のような高性能と低消費電力を実現できなかったでしょう。ARMのプロセッサ設計とTSMCの製造能力は、まさに現代のデジタルライフスタイルを支える「縁の下の力持ち」なのです。
ARMとTSMC 質問コーナー
ARMとTSMCの関係はどのようなものですか？
ARMとTSMCは直接的なビジネス関係というより、相互補完的な関係にあります。
ARMはプロセッサの設計を行い、その設計をAppleやQualcommなどの企業にライセンス供与します。
これらの企業はARMの設計をベースに自社製品向けのチップを設計し、TSMCなどのファウンドリーに製造を依頼します。つまりARMは設計、TSMCは製造という異なる役割を担いながら、最終的に同じサプライチェーンの中で協力しているといえます。
AppleのM1チップとARMはどのような関係がありますか？
AppleのM1チップは、ARMのアーキテクチャライセンスを取得して開発されています。
Appleはこのライセンスを使って、ARMの命令セットをベースにした独自のプロセッサ設計を行いました。つまりM1はARMのアーキテクチャを使っていますが、そのマイクロアーキテクチャ（内部設計）はAppleが独自に開発したものです。
M1チップは設計後、TSMCの5nmプロセスで製造されています。このようにAppleのM1は「AppleがデザインしたARMベースのプロセッサをTSMCが製造した」製品なのです。
なぜTSMCは半導体業界でこれほど重要な存在になったのですか？
TSMCが半導体業界で圧倒的な地位を築いた理由はいくつかあります。
まずTSMCは製造専業の「ピュアプレイ」ファウンドリとして、顧客と競合しないビジネスモデルを確立しました。これによりIntel（自社設計・自社製造）などと違い、幅広い企業から信頼を得ることができました。また先端プロセス技術への継続的な投資により、技術的リードを維持してきたことも大きな要因です。
さらに台湾という地政学的な位置や、高度に熟練した労働力、効率的な生産体制もTSMCの成功を支えています。その結果、アップル、クアルコム、NVIDIAなど多くの大手企業がTSMCに製造を依存するようになり、今や世界の先端半導体の大部分をTSMCが製造する状況となっています。
半導体製造の「nm（ナノメートル）」とは何を意味しますか？
半導体製造プロセスにおける「nm（ナノメートル）」は、チップ上のトランジスタや配線などの最小構造サイズを表す指標です。
例えば「5nmプロセス」と呼ばれるものは、理論上はチップ上の最小構造が5ナノメートル（10億分の5メートル）であることを意味します。ただし現代の半導体では、この数字は実際の物理的な大きさと正確に一致するわけではなく、むしろ製造世代を表すマーケティング用語としての側面が強くなっています。
重要なのはこの数字が小さくなるほど同じ面積により多くのトランジスタを詰め込むことができ、チップの性能向上と消費電力削減につながることです。
TSMCが5nmや3nmなどの先端プロセスをリードしているということは、最も微細で高性能なチップを製造できる技術を持っているということを意味しています。
