AI需要を背景に半導体メモリ価格が高騰、供給逼迫の現状と対策

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この記事のポイント

• AI需要の拡大が、高帯域幅メモリ（HBM）などの高性能メモリへの需要を牽引し、半導体メモリ全体の価格高騰と供給不足の主因となっている。
• AIシステムは、大規模モデルの搭載、高速なデータ供給、そして多様なデバイスでの利用に対応するため、大容量化、高帯域幅化、低遅延化といった複合的なメモリ要求を持つ。
• 供給側では、半導体製造の長期的なリードタイム、EUV技術や先進パッケージングの制約が、需要増加に追いつかず、品不足をさらに悪化させている。
• 短期的な需給改善には、HBMの歩留まり向上、先進パッケージングの拡充、サーバーDRAMやエンタープライズSSDの生産能力増強が鍵となる。
• 長期的には、CXLによるメモリプーリングや3D DRAMなどの技術革新が、システム全体のメモリ効率と供給能力を大幅に向上させる可能性を秘めている。

半導体メモリ、歴史的な供給不足と価格高騰の兆し

2024年5月12日の報道によると、世界的な半導体メモリメーカーであるSKハイニックスやサムスン電子の株価が、前営業日に過去最高値を更新しました。米株式市場でも、クアルコムが8％超、ウェスタンデジタルが7％超の上昇を記録し、それぞれ終値での最高値を更新しています。

ゴールドマン・サックスのレポートでは、市場は過去15年間で最も深刻な半導体メモリの供給不足に直面していると指摘されています。一部の機関は、半導体メモリの価格が今年第2四半期に大幅な上昇を続けると予測しています。

なぜ半導体メモリの価格が急騰しているのでしょうか？AI（人工知能）のコンピューティング能力（算力）需要が、その主要な要因なのでしょうか？科技日報の記者は、この件について業界専門家に取材しました。

AI需要の急増がメモリ逼迫の主因

AIのコンピューティング能力（算力）需要が、今回の半導体メモリ不足の重要な原因となっています。産業の急速な進化に伴い、ハイエンドAIシステムでは「高速メモリ容量」と「メモリ帯域幅」が中心的な性能指標となっています。

「AIの動作は、3つのメモリプレッシャーに直面しています」と、東芯半導体市場販売部副総経理の潘惠忠氏は説明します。まず、モデルを「格納できる」必要があり、現在の主流AI大規模モデルはパラメータ数が千億から兆単位へと増大しており、メモリ容量の需要は拡大し続けています。次に、データを「供給できる」必要があり、AI推論プロセスでは、GPUやNPUプロセッサの算力がメモリの供給速度をはるかに上回るため、計算ユニットの大部分はデータの待機に時間を費やしており、これが高帯域幅メモリ需要爆発の根本的な原因となっています。さらに、クラウド上の大規模モデルからスマートフォンや自動車などのエッジデバイスに至るまで、メモリへの需要は継続的に増加しています。

「AIによるメモリ需要は、短期的な周期変動ではなく、長期的な構造的増分です」と潘惠忠氏は考えています。これは、AIアプリケーションが各産業に浸透することによる、実際の受注に基づいているためです。

同時に、供給側の制約も無視できません。メモリ産業の生産能力拡大には、ファウンドリ、EUV（極紫外線リソグラフィー装置）、先進パッケージング、テスト検証など、複数の段階の共同推進が必要であり、リードタイムが長く、柔軟性に限界があるため、需給ギャップがさらに拡大しています。

AI時代が求めるメモリの新たな要求

「AIがメモリに求める要求は立体的です」と、英韌科技の創業者兼会長である吴子宁氏は述べています。例えば、生データセットを保存するには大容量でコスト効率の高いソリューションが必要です。データクリーニングや精錬の段階では、複雑な混合読み書きや高頻度のランダムアクセスというプレッシャーに直面します。モデルのトレーニングや推論の段階では、高並列・低遅延のKV Cache（キーバリューキャッシュ）が重要となります。さらに、エッジコンピューティングの台頭は、デバイスの小型化、消費電力、性能に対しても厳しい課題を突きつけています。

吴子宁氏は、AI時代におけるメモリ製品の核心的な要求は単一ではなく、異なるアプリケーションによって異なる要求があるため、メモリベンダーは、異なるシナリオに深く最適化されたソリューションを提供する能力が不可欠だと考えています。

メモリ価格の高騰と限られた生産能力に直面し、メーカーは希少な生産能力をAI向けの高付加価値製品に優先的に配分する傾向があります。業界関係者によると、メモリメーカーは限られたウェハーやパッケージング能力の下で、HBM（高帯域幅メモリ）やサーバーDRAM（ダイナミック・ランダムアクセスメモリ）などの製品を優先的に供給しており、その結果、コンシューマー向けメモリ、スマートフォンストレージ、コンシューマー向けSSD（ソリッドステートドライブ）などの製品供給が不足し、これも価格上昇の波を引き起こしています。

メモリチップ不足の緩和策とは？

メモリチップの供給不足を緩和するには、技術革新と産業連携の両面からの推進が必要です。

短期的な対策としては、高帯域幅、先進パッケージング、そして計算・ストレージ統合アーキテクチャの再構築の共同推進に依存します。今後1年から2年で需給が改善するかは、HBMの歩留まり向上、先進パッケージングの生産能力拡大、サーバーDRAMおよびエンタープライズSSDの生産能力解放、そして大手クラウドベンダーとの長期契約による生産計画の安定化にかかっています。

より長期的には、CXL（Compute Express Link）によるメモリプーリング、より高積層のHBM、3D DRAMなどの方向性が、システムレベルのメモリ効率と実質的な供給能力を大幅に向上させることが期待されます。

しかし、業界関係者は一般的に、ファウンドリ建設のリードタイム、装置の納入、顧客検証プロセスなどの制約により、メモリ供給の実質的な緩和にはまだ時間がかかり、供給不足の状況が短期間で完全に覆ることは難しいと考えています。

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