村田製作所（６９８１）の利益成長力 ＭＬＣＣ編その４

＝＝＝村田製作所（６９８１）の利益成長力　ＭＬＣＣ編（４回目）＝＝＝


第３部　情報処理量の増加がＭＬＣＣ需要拡大の追い風に


＝自動運転とＭＬＣＣ（multi-layer ceramic capacitor）＝


　自動運転の時代です。

　情報処理の量が自動運転になると膨大になるのです。
　センサーの数が膨大になり、それを瞬時に処理をしなければなりません。

　そしてそれを処理するのが論理回路であり、マイコンチップやゲートアレイなどの演算装置（ロジック半導体）です。ゲートアレイは決まった演算を出力するための回路ですが、センサーからの入力信号はＩ／Ｏと呼ばれる端子からデジタル情報に直してから演算装置に入って演算装置がその入力データを計算して出力データを生成していくのです。

　たとえば、前方に物体ありという情報がインプットされると速度を落とすとかどの程度ハンドルを切るかという情報へとアウトプットされる。減速するにしても計算通りに減速しているかという情報もフィードバックされる。この情報（インプットとアウトプット）量が膨大になってくるのです。


　この自動運転のお話がなぜＭＬＣＣの需要に結びつくのか不思議に思われるかもしれません。

　情報処理は１ビットと呼ばれるゼロサム状態を基本単位とします。電圧の低い高いで０と１を区別します。高い周波数に載せて必要な情報を電圧の高低で送受信するのです。

　ところが、情報だけをピュアに届けることができないのです。他の機器からのノイズや電源のノイズや回路の成分によるノイズが生じます。情報信号は電磁波の影響も受けます。そこで、ノイズを取り除くデカップリング（バイパスともいいます）ためにＭＬＣＣは活用されているのです。

　それだけではありません。ＭＬＣＣは半導体への電力供給や電源の安定化という役割があります。半導体は大量の電力を必要とします。その外部電源の電圧は安定しておらず、半導体の間近で電力を途絶えさせない役割をＭＬＣＣは持ちます。
　さらに、１つのチップ（たとえばＣＰＵ）が何種類もの電圧を必要としています（周波数スケーリングといいます）。

　また、さらに、ひとつの高性能の演算処理向け半導体（ＣＰＵ）の場合には数百という出入力ピンを必要とします（ＣＰＵの集積度の向上）。

　こうした半導体側の要請にＭＬＣＣは応えなければならないのです。


＝コンデンサの役割の１つはデカップリング＝


　ＣＰＵは半導体パッケージに実装され、半導体パッケージは高密度プリント基板に実装されます。ＭＬＣＣの役割は基板やパッケージが持つ余分な交流成分を取り除くデカップリング機能という役割があります。ＣＰＵに安定した駆動電圧（直流）を供給するためのものです。
　ＣＰＵパッケージの写真を見た方も多いと思いますが、インテルのチップ向けにはとてつもない数（１００個以上）のデカップリングＭＬＣＣが実装される場合があります。

　フィルターの役割がＭＬＣＣにもあるのですが、ひとつのＭＬＣＣでは特性の周波数（自己共振）（交流）だけをカットすることになるのですが、コンデンサは並列に設置すれば全体のインピーダンスは下がります。ＣＰＵの手前で並列に並んだＭＬＣＣがそれぞれ交流成分をグランドに流し込み、残った直流成分だけをＣＰＵに届けるのです。ノイズ混入を防ぐガードマンのような役割がＭＬＣＣにはあるわけです。

　また、半導体は熱を持ちますので、実装されるＭＬＣＣもＣＰＵ周りのものは耐熱性や耐久性に優れたものになり、ＣＰＵ周りを担うＭＬＣＣは高価なものになります。


＝ＣＰＵの周波数スケーリングがＭＬＣＣ拡大の追い風となった＝


　野球で完投型のエース投手が下位打線やピンチ以外で９割ぐらいの力で投げて、ピンチのときは全力投球するように、ＣＰＵも簡単な演算のときは周波数を落とし（電圧を落とし）最高のパフーマンスで計算をしなければならない
ときは周波数を上げて対応するという周波数スケーリングを近年のＣＰＵが採用しています。

　ＣＰＵには電圧を細かく刻むスケールが存在しています。基準±１０％とか±２０％とか電圧を変えて周波数をコントロールしています。アイドリング状態では周波数は遅く、高画質の動画を見ながらでは周波数は高くなっているのです。
　このように同じＣＰＵでも複数の電圧システムが共存しているのです。
　当然、電圧をコントロールする新規の機能が必要になり、デカップリングコンデンサの需要も増加することになります。


＝ＣＰＵのマルチコア化が特にＭＬＣＣ需要拡大の追い風となった＝


　ＣＰＵは複数コアの並列処理で消費電力を下げることができます。マルチコアといって、ＣＰＵのコアを分割して必要なコアだけを動かすという流れがあります。
　ＣＰＵの電源が多数必要になる背景には低消費電力化があります。
　マルチコアといって、演算装置を小分けにして、計算の負荷が低いときは少ない部分で演算をして、計算の負荷が大きいときには大部分が計算を手伝う。４つのコアにわけると、４つの電源が必要になり、先ほどの周波数スケーリングによってひとつのコアにも複数の電圧が必要なのです。

　こうしたトレンド（マルチコア化や周波数スケーリング）がＭＬＣＣを急激に増加させた要因です。


　これらの追い風（マルチコア化や周波数スケーリング）はＤＣ－ＤＣコンバーターなどの電源管理パワーＩＣが複雑化高機能化していることを意味します。


＝電源管理ＩＣ向けＭＬＣＣは大量に必要となっている＝


　演算処理の半導体に電源を供給するための半導体が存在し、それらがパワー半導体と呼ばれるのですが、ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧レギュレータ）もそのひとつです。ＤＣ－ＤＣ回路ではＭＬＣＣの基本的な役割は以下の４つとなります。

・出力コンデンサ（増加中）
　出力電圧を安定化するためのもの。大容量が求められる。

・入力コンデンサ（増加中）
　入力電圧を安定させるためのもの。大容量が求められる。

・バイパスコンデンサ（増加中）
　ノイズをカットするためにノイズをグランドに流すもの。スイッチング動作で生じるノイズや、他の回路から伝わってくるノイズを吸収する。少容量。

・補償用コンデンサ
　帰還ループの位相余裕を確保し、発振を防止するためのもの。ＩＣで内製化ができる。


＝車載向けでこれから３倍になるＭＬＣＣの需要＝


　村田製作所のＩＲ資料によれば自動運転がレベル０からレベル３になればＭＬＣＣの搭載個数は３倍になるといわれています（村田製作所ＩＲデイ２０２０年資料２４ページ）。

　急増するＭＬＣＣ需要の見通しですが、もう少し詳しくご紹介いたします。


　村田製作所によればＡＤＡＳの実現には３０００－５０００のＭＬＣＣが必
要。（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ－Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，先進運転支援システム）

　さらにＳａｆｅｔｙの実現で３００－１０００のＭＬＣＣが必要（衝突防止機能など）。

　車内ディスプレイの高精細化と大型化によりさらに５００－２５００のＭＬＣＣが必要。

　その他もろもろ（搭載モーターの増加など）でさらに５００～２５００のＭＬＣＣが必要。

　ＥＶ化（パワートレイン等向け）により２５００のＭＬＣＣが必要。

　上記は積み上げで必要になりますので、一台あたり数千個のＭＬＣＣが追加で必要になるのです。さらに自動車向けＭＬＣＣはスマホ向けと比べると温度特性や耐久性が求められるため、高単価なのです。数量が数倍になり単価が上がると増収はすさまじいものになるでしょう。

　酸化チタンやジルコン酸カルシウム系の誘電体材料を使います。これらは高誘電率を誇るチタン酸バリウムのような高い分極性を示さないので誘電率は比較的低いのです。

　温度特性を高めるためには、誘電率を犠牲にすることから、静電容量を上げることは難しく、ＭＬＣＣのサイズは大きくなります。従って高単価なものになります。

　２２μＦのＭＬＣＣで１５０度の温度補償となると、２．５ｍｍ角の大きさになります。

　温度特性が不要ということでは、同じ２２μＦでも０．８ｍｍ角の大きさになります。


［情報量とＭＬＣＣの関係のまとめ］


　自動運転には多くの情報が必要になり、搭載される半導体が増加する。
　そのため電源の役割をするＭＬＣＣも多くなる。

　半導体の回路の集積度が上がりＩ／Ｏピン数が多くなりそれにともないＭＬＣＣも多くなる。

　半導体の低消費電力に寄与するマルチコアはコアの数に比例してＭＬＣＣが必要になる。

　車載向けは温度特性が求められるため高誘電材料が使えないため単価が高くなる。

　数が増えて単価が上がることから増収が見込まれる。増収以上に増益となることから高い利益成長が期待できる。


　長期ではわたしの資産では車載向けＭＬＣＣは数量が３倍で単価は２－３倍で６－９倍程度の増収になるでしょうか。単価上昇は高耐圧・高温度に適合した高品質なものが必要になるからです。


（つづく）


山本　潤　セゾン投信共創日本ファンド　ポートフォリオマネージャー


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