PPA（電力・性能・面積）とは

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PPAとは、チップや製造プロセスを評価する電力（Power）、性能（Performance）、面積（Area）の3つの指標です。 3つは同時には良くなりにくく、どれを優先するかで設計もプロセスも変わります。

ファウンドリは新しい世代を、同じ電力での速度向上、同じ速度での電力削減、密度の向上という形で示します。数値には「同じ電力で」「同じ速度で」という条件がつくので、条件をそろえずに並べると誤解につながります。

速度の改善と電力の削減は、同じ改善の言い換え

同じ電力で比べるか、同じ速度で比べるか

N2はN3と比べて、同じ電力なら10〜15%速く、同じ速度なら25〜30%少ない電力で動きます。2つの数値は同じ改善を別の条件で表したもので、両方を同時には得られません。

TSMCは2022年6月、N2（2nm世代）がN3と比べて、同じ電力で10〜15%速く、または同じ速度で25〜30%電力が少なくなる¹と発表しました。N2はナノシートトランジスタを使い、2025年に生産を始める予定とされていました。

「または」のとおり、2つの数値は同じ改善を別の条件で表したもので、足し合わせられません。論文や発表の数値を比べるときは、同じ電力か同じ速度か、どの世代と比べているかを確かめます。

TSMCの7nm世代は10nm世代と比べて、ロジック密度が1.6倍を超え、速度が約20%上がり、電力が約40%下がりました²。面積は、同じ回路をどれだけ小さく作れるかを示す密度で表します。

面積を縮める方法は寸法の縮小だけではありません。セル高さ（トラック数）を減らす方法や、フィンの本数を減らす方法もあり、これらはDTCOで検討されます。

imecは、半導体の各世代に求められる改善を、電力・性能・面積・コストの改善としています³。寸法の縮小だけでこれらの改善が得られた時代は終わり、10nm世代からはDTCOで補っています。

コストを加えてPPACと書くこともあります。面積が小さくなれば1枚のウェーハから取れるチップは増えますが、新しい構造を作る工程が増えると、ウェーハ1枚の製造コストは上がります。

TSMCのFINFLEXは、性能を重視する3-2フィン、電力効率とトランジスタ密度を重視する2-1フィン、その中間の2-2フィンの標準セルを用意しています。フィンを増やせば速くなりますが、セルが大きくなり電力も増えます。どのセルをどこに使うかは、チップの設計者が回路ごとに決めます。

PPAとは何ですか？

電力（Power）、性能（Performance）、面積（Area）の3つの指標で、チップの設計やプロセス世代を評価するときに使います。

新しい世代のPPAはどう示されますか？

同じ電力でどれだけ速いか、同じ速度でどれだけ電力が少ないか、密度が何倍か、という形で示します。TSMCはN2をN3と比べて、同じ電力で10〜15%速く、同じ速度で25〜30%少ない電力としています。

速度と電力の改善は足し合わせられますか？

足し合わせられません。「同じ電力で速い」と「同じ速度で電力が少ない」は同じ改善を別の条件で表したもので、どちらか一方を取る形になります。

面積はどう表しますか？

ロジック密度やトランジスタ密度で表します。TSMCの7nm世代は、10nm世代よりロジック密度が1.6倍を超えています。

PPACとは何ですか？

PPAにコスト（Cost）を加えた呼び方です。imecは各世代に求められる改善を、電力・性能・面積・コストの改善としています。

1つの世代の中でPPAを選べますか？

選べます。TSMCのFINFLEXでは、性能を重視する3-2フィン、電力効率と密度を重視する2-1フィン、中間の2-2フィンの標準セルを使い分けます。

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