第6章　トランジスタも“立体”になった ―「2ナノ」は線幅じゃない

ここまでは、おもに「設計（言葉）」の話でした。この章では、チップの“体”そのもの――第1章で見た、あの小さなスイッチ（トランジスタ）――に目を向けます。じつはこの数年、トランジスタは平面から立体へと、姿を大きく変えました。そして、ニュースでおなじみの「2ナノ（2nm）」という数字は、もう昔のような“細さ”を意味していません。素人がいちばんだまされやすいポイントを、すっきり種明かしします。

6.1 「2ナノ」って、何が2ナノなの?

「最新は2ナノ（2nm）のチップだ」とニュースが言う。多くの人は、こう受け取ります。「回路の線が、2ナノメートルの細さまで細くなったんだな」と。ナノメートルは10億分の1メートル。気の遠くなる細さです。――ところが、これは正確には間違い。いまの「2ナノ」は、もう線の幅を指していないのです。「えっ、じゃあ何の数字?」。その謎を解くために、少しだけ歴史をさかのぼります。

6.2 むかしは、数字＝本当の細さだった

チップ作りの歴史は、長らく「とにかく細く、小さく」の一本道でした。回路の線を細くすれば、同じ面積にたくさんのスイッチが詰め込めて、速く・省エネになる。この「どんどん詰め込めていく」流れが、半導体の進歩を支えてきました（よく聞く「ムーアの法則」とは、ざっくりこの“詰め込みの勢い”のことです）。

そしてかつては、ノードの数字（◯◯ナノ）が、実際の寸法とだいたい対応していました。たとえば一昔前の「32ナノ」あたりまでは、その数字が回路の細さの目安として、ほぼ実態を表していたのです。だから当時は「数字が小さい＝本当に細い＝すごい」で、おおむね正しかった。問題は、ここから先で起きます。

6.3 平面では限界が来た ― だからトランジスタが「立ち上がった」

細さの追求がある線を越えると、困ったことが起きました。スイッチが、ちゃんと「オフ」にならなくなってきたのです。あまりに小さくすると、切ったはずの電気が、わずかに漏れてしまう。漏れは熱とムダな電力を生み、性能の足を引っぱります。平らな（プレーナ型）トランジスタは、ここで限界にぶつかりました。

そこで技術者たちは、発想を変えます。「平面でダメなら、立体にすればいい」。2010年代の初め、トランジスタの通り道（チャネル）を、ヒレ（fin）のように縦に立ち上げた新構造が登場しました。これがFinFET（フィンフェット）。立ち上がったヒレを、スイッチの“門”が三方から囲むことで、電気の漏れをぐっと抑え込めるようになりました。トランジスタが、平面から立体になった最初の一歩です。

たとえるなら、土手（どて）を高くするイメージ。 平らな田んぼだと水がにじみ出てしまう。そこで、あぜ道を立体的な土手にして三方から締めれば、水（電気）の漏れをしっかり止められる。FinFETは、トランジスタに“立体の土手”を与えたようなものなのです。

6.4 さらに進化 ― 板を積み重ねる「GAA／ナノシート」

ところが、さらに細くしていくと、その「三方から囲む」FinFETでも、また漏れを抑えきれなくなってきました。そこで登場したのが、いまの2ナノ世代の主役――GAA（ゲート・オール・アラウンド）、別名ナノシートです。名前は難しそうですが、考え方は明快。薄い板（シート）を何枚か積み重ね、その一枚いちまいを、スイッチの“門”が全周（四方ぐるり）から囲むのです。

三方（FinFET）から、四方ぐるり（GAA）へ。囲みが完璧になるほど、電気の制御は効き、漏れは抑えられます。これは10年以上ぶりの、トランジスタ構造の大転換とされています。各社が呼び名を競っていて、TSMCは「ナノシート」、サムスンは「MBCFET」、インテルは「RibbonFET（リボンフェット）」と名づけていますが、中身の発想は共通です。

   トランジスタの“立体化”三段跳び（漏れを抑えるための進化）
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   ① 平面（プレーナ）     門が 上から だけ      … 細くすると漏れる（限界）
        ↓
   ② FinFET（ヒレ）       門が 三方から 囲む     … 2010年代から。最初の立体化
        ↓
   ③ GAA／ナノシート       門が 四方ぐるり 囲む   … 2ナノ世代。板を積み重ねる
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   囲みを増やすほど、スイッチの「切れ」が良くなり、漏れが減る。

6.5 だから「2ナノ」は、もう線幅じゃない

ここで、最初の謎に戻ります。トランジスタが平面→立体→積み重ねとまるごと作りを変えてしまったので、「線の幅」という一本の物差しでは、もう世代を測れなくなりました。その結果――いまの「2ナノ」は、特定の寸法（線の幅）を指す言葉ではなく、“この世代の技術”を表すブランド名・世代名になっているのです。

数字が小さくなる原動力も、変わりました。かつての「線を細くする」一本やりから、構造を立体に作り替える・賢く詰め込む方向へと、勝負どころが移ったのです。だから「3ナノの次は2ナノ、その次は…」という数字の行進は、“細さ”の記録というより、“世代”のカウントとして眺めるのが、いちばん実態に近い見方になります。

6.6 立体化は、まだ止まらない

トランジスタの立体化は、ここで終わりません。次は、2種類のトランジスタを上下に積み重ねる（CFET）、電気をチップの裏側から配る（裏面給電）といった、さらなる三次元化が控えています。さらに、トランジスタの段だけでなく、チップそのものを何枚も積み上げる（3D積層）や、役割の違う小さなチップを組み合わせる「チップレット」という作り方も広がっています。「平らな板に敷き詰める」時代から、「上へ、立体に組み上げる」時代へ。チップは、文字どおり立体建築になりつつあるのです。

6.7 この章のまとめと、次への橋

• トランジスタは立体化した。 平面 → ヒレ（FinFET）→ 板の積み重ね（GAA／ナノシート）。門で囲むほど、漏れを抑えられる。
• 「2ナノ」はもう線幅ではない。 いまや“世代を表すブランド名”。実寸はもっと大きい。数字は「最新世代の看板」と読む。
• 立体化は続く。 トランジスタを積む、裏から給電する、チップごと積み上げる――チップは立体建築へ。

ここまでは、トランジスタという“体”をどんな形に作るかの話でした。でも、その精密な形を、そもそも「どうやってシリコンに描き込んでいるのか」。じつは、その「描き方」にも、いま革命が起きています。従来は「ハンコ（原版）」を彫ることから始める作り方が当たり前でしたが、その関所を外す“マスクレス”という研究が進んでいるのです。次の第7章は、つくり方そのものの革命――設計の民主化と対になる、製造側の地殻変動です。