AIデータセンターに対する需要の急拡大は、半導体業界に大きな変革をもたらし、それらを支えるチップに求められる要件を再定義しています。McKinseyの予測によると、AI対応データセンターのキャパシティは2023年から2030年にかけて年平均33%で成長すると見込まれています。同期間において、データセンターの電力消費は160%増加すると予測されており、その大きな要因となっているのが生成AIです。例えば、ChatGPTの1回のクエリは、一般的なGoogle検索と比べて最大で約10倍の電力を消費するとされています。
このAI主導の進化を支えるため、半導体エンジニアおよびメーカーはイノベーションの最前線に立っています。最先端材料の開発、製造プロセスの高度化、そしてパッケージ設計の進化を通じて、帯域幅、速度、効率の限界を押し広げ、急速に高まるAIデータセンターの性能要求に応えています。
こうした変化をより深く理解するため、ヘンケルアドヒーシブテクノロジーズは半導体メーカーを対象に調査を実施しました。本調査では、データセンター向け半導体の進化する市場環境、主要課題、そしてそれらへの対応状況について分析しています。以下に、その主な調査結果の概要を示します。より詳細な分析および調査対象のプロファイルについては、別途ご参照ください。
調査回答者によると、データセンター向け半導体の設計および製造において、同時に追求すべき最重要課題は以下の2点です：
70.80%
サステナビリティ目標の達成
69.20%
CPUおよびGPUにおける性能向上
これらは従来から重要視されてきた課題ですが、現在では相互に統合・進化し、「両立最適化」という新たな方向へとシフトしています。重要なのは、この2つの要件は対立するものではなく、相互に補完し合う関係にあるという点です。
サステナビリティは、あらゆる産業において最優先事項となっており、半導体製造も例外ではありません。半導体メーカーは、高効率なオペレーション、再生可能エネルギーの活用、水使用量の削減、廃棄物削減といった取り組みにより、持続可能な製造を推進しています。特に重要なのは、エネルギー効率の最大化です。これは製造プロセスに限らず、半導体のライフサイクル全体およびサプライチェーン全体にわたって求められる重要なテーマとなっています。
（調査回答者）
高度な材料選定と戦略的なサプライヤーパートナーシップは、チップの信頼性と長寿命化を実現するうえで重要な役割を果たします。耐久性に優れた半導体パッケージは、追加製造の必要性を低減し、エネルギー消費や排出量の削減につながることで、性能向上とサステナビリティの両立を実現します。さらに、使用済み半導体部品の再利用やリサイクルは、循環型経済の推進に貢献し、サステナビリティへの取り組みを一層加速させます。
また、半導体はAIデータセンターにおけるエネルギー効率向上にも寄与しています。ある調査回答者は「チップは、ワークロードに応じて消費電力を最適化するよう設計されています。」と述べています。このような適応性により、エネルギー消費の最適化が可能となり、高い性能を維持しながらデータセンターのサステナビリティ向上を支えています。
AI主導のデータセンターでは、ますます増大する計算負荷に対応するため、高帯域・高速・高効率の実現が求められています。その結果、こうした先進インフラを支えるためには、半導体性能の大幅な向上が不可欠となっています。AI対応チップに対する需要は急速に拡大しており、2023年から2025年の間で市場規模はほぼ倍増し、年間売上は約920億米ドルに達すると見込まれています。
一方で、AIの高度化に伴う計算需要の増加は、新たな課題ももたらしています。例えば、熱マネジメントの強化や、より複雑で高集積化された半導体パッケージ設計への対応が求められます。さらに、これらの技術革新は、厳格なコスト管理と製造効率の最適化を維持しながら実現する必要があり、競争の激しい半導体業界において重要な経営課題となっています。
データセンター向け半導体に求められる主要性能要件ー調査結果※：
高帯域幅メモリの実現
| 70.80% |
高速ネットワークを支える性能向上
66.70%
熱マネジメントの強化
64.20%
製造コスト圧力への
62.50%
半導体の高集積化・高度化への対応
61.70%
※値は「非常に重要」または「極めて重要」と評価した回答者の割合
先進的な半導体パッケージングでは、大型ダイ構成の採用が進んでおり、パッケージの補強と反り・クラックの防止のために、高い保護性能、耐久性、そして剛性が求められます。これらの課題に対し、封止材料、アンダーフィル、リッド／スティフナー接着剤といった高度に設計された材料は、製造工程から製品ライフサイクル全体にわたり、半導体を保護するうえで重要な役割を担います。さらに、これらの材料は保護機能に加え、製造効率向上にも貢献します。高速・高精度・高歩留まりの製造プロセスに対応するため、塗布性や硬化特性が最適化されており、生産性の向上を実現します。
調査回答者は、半導体向け先進パッケージングソリューションの製造および最終用途における性能に不可欠なものとして、以下の高度に設計された材料タイプを挙げました。
封止材
63.30%
蓋補強材の取り付け素材
62.50%
ダイと基材の間のアンダーフィラー
60.00%
大型薄型ダイのウェハーレベルでの取り扱い
59.20%
熱マネジメント材料
56.70%
**「非常に重要」または「極めて重要」と評価した回答者の割合
なぜこれらの高度な素材はそれほど重要なのでしょうか？
高度な半導体パッケージは、大型のダイ構成に依存しており、パッケージを強化し、高度なデバイスにおけるキーな故障箇所である反りやひび割れを防ぐために、堅牢な保護、耐久性、および剛性が求められる。封止材、アンダーフィラー、蓋／補強材接着用接着剤などの高度に設計された材料は、半導体の製造中およびそのライフサイクル全体を通して、半導体を保護する上で重要な役割を果たします。これらの材料は保護に加え、製造効率を高めるために配合されており、高速、高精度、高歩留まりのプロセスに適した用途特性と硬化特性を備え、生産性を確保します。
サステナブルな取り組みを強化しながら、半導体によるデータセンター性能を新たな次元へ引き上げることは、AI時代における重要な優先課題です。これらの目標を同時に追求することで、半導体の設計・製造において大きなシナジーが生まれます。こうした課題に対して、革新的な技術開発、高度に設計された材料、そして業界における強固な連携を通じて取り組むことで、半導体がこれまで築いてきた「不可能を可能にしてきた」進化の軌跡は、今後も継続していきます。
ヘンケルは、業界をリードする半導体技術者と協働し、サステナブルかつ高性能なアドバンストパッケージング設計を実現する材料ソリューションの開発・実装を支援しています。AIデータセンターの需要拡大に対応するための最適なソリューションについて、ぜひお気軽にご相談ください。
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