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GAA（ゲートオールアラウンド）とは

GAA（Gate-All-Around）とは、電流が流れるチャネルの4面すべてをゲートが囲む構造です。 Samsungは公式の用語解説で、3nm以下の回路で採用されるGAA構造のトランジスタについてこのように記述しています。

定義・解説

Section titled “定義・解説”

FinFETは、チャネルを立てて3面をゲートで囲むことで制御力を稼ぎました。残っている1面は、Finが基板とつながっている底面です。

GAAはここを断ちます。チャネルを基板から切り離して浮かせ、周囲をすべてゲートで包みます。Samsungは公式の用語解説で、従来のFinFET設計ではゲートとチャネルが三次元で接するのに対し、GAAは電流のより細かい制御を可能にし、チャネル制御性を最大化すると記述しています。

囲む面が3から4へ増えると、ゲートから遠い場所がなくなります。チャネルのどの部分もゲートの支配下に入るため、閉じたときに漏れる経路が減ります。

3面から4面へ、そして線から板へ
FinFETチャネル3面を囲む底面は基板へつながったままGAAナノシートを積む4面すべてを囲むゲートから遠い場所がなくなるなぜ線ではなく板かワイヤ型：断面は約1nm流せる電流が制限されるナノシート：幅で断面積を稼ぐ3nm GAA vs 5nm（Samsung公式値）第1世代　電力 −45% / 性能 +23% / 面積 −16%第2世代　電力 −50% / 性能 +30% / 面積 −35%
FinFETは底面が基板とつながったまま3面を囲みます。GAAはチャネルを浮かせて4面すべてを囲み、ゲートから遠い場所をなくします。チャネルは線ではなく板にして断面積を稼ぎます。

線ではなく板にする理由

Section titled “線ではなく板にする理由”

チャネルを浮かせるだけなら、細い線状にする道もあります。実際そうした構造も検討されてきました。

ところが線には電流の問題があります。Samsungは公式の用語解説で、従来のワイヤ型チャネルは断面がわずか1ナノメートル程度しかなく、流せる電流量が制限されると記述しています。細くすれば囲みやすい代わりに、通せる量が足りなくなります。

そこで断面を横へ広げ、板状にします。同社はMBCFET（Multi Bridge Channel FET）技術について、薄く幅広いナノシートを複数層積み重ねることで性能と電力効率の両方を高めると記述しています。厚みは薄いまま保って囲みやすさを維持し、幅で断面積を稼ぐ設計です。

板を何枚か重ねれば、その分だけ電流の通り道が増えます。積層と幅、2つの軸で駆動力を調整できます。

線では足りない、だから板にする
ワイヤ型（線）囲みやすい断面が小さく、流せる量が足りない断面はわずか1ナノメートル程度と公開されているナノシート（板）厚みは薄いまま ＝ 囲みやすさは維持幅で断面積を稼ぐ重ねた枚数だけ通り道が増えるFinFET ── 本数でしか増やせない選べる駆動力は階段状ナノシート ── 幅を選べる必要な駆動力へ、細かく合わせられる幅は連続、積層は段 ── 2つの軸で調整できる
線状のチャネルは囲みやすい代わりに断面が小さく、流せる電流が足りません。厚みを薄いまま保って幅を広げれば、囲みやすさを維持したまま断面を稼げます。幅は連続的に選べるため、駆動力の刻みが細かくなります。

幅を選べることが自由度になります

Section titled “幅を選べることが自由度になります”

FinFETでは、駆動力を増やす手段はFinの本数でした。整数でしか増やせないため、選べる値は飛び飛びです。

ナノシートでは事情が変わります。Samsungは公式の用語解説で、ナノシートの幅がチップの特性に応じて調整でき、設計の柔軟性が高まると記述しています。幅は連続的に選べるため、必要な駆動力へ細かく合わせられます。

効果は数字で公開されています。同社は公式ニュースで、GAAアーキテクチャを適用した3nmプロセスノードの初期生産開始を発表し、第1世代が5nmと比べて消費電力を最大45%削減、性能を23%向上、面積を16%削減すること、第2世代では最大50%削減・30%向上・35%削減になることを記述しています。同ページはMBCFETについて、供給電圧を下げることで電力効率を高め、駆動電流能力を増やすことで性能を高め、FinFETの性能限界を破るとしています。

関連するデータ・ツール

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よくある質問（FAQ）

Section titled “よくある質問（FAQ）”
GAAとは何ですか？

Samsungは公式の用語解説で、3nm以下の回路で採用されるGAA構造のトランジスタでは、電流が流れるチャネルの4面すべてをゲートが囲むと記述しています。

FinFETと何が違いますか？

囲む面の数です。Samsungは公式の用語解説で、従来のFinFET設計ではゲートとチャネルが三次元で接するのに対し、GAAは電流のより細かい制御を可能にしチャネル制御性を最大化すると記述しています。

MBCFETとは何ですか？

SamsungのGAA技術の名称です。同社は公式の用語解説で、MBCFET（Multi Bridge Channel FET）技術が、薄く幅広いナノシートを複数層積み重ねることで性能と電力効率の両方を高めると記述しています。

なぜナノシートなのですか？

線状のチャネルでは電流が足りないためです。Samsungは公式の用語解説で、従来のワイヤ型チャネルは断面がわずか1ナノメートル程度しかなく、流せる電流量が制限されると記述しています。シート状にすれば断面積を稼げます。

設計の自由度はどう変わりますか？

Samsungは公式の用語解説で、ナノシートの幅がチップの特性に応じて調整でき、設計の柔軟性が高まると記述しています。FinFETでは本数を整数で増やすしかなかった駆動力の刻みが、幅の調整で連続的に選べます。

どのくらい効果がありますか？

Samsungは公式ニュースで、GAAを適用した第1世代3nmが5nmと比べて消費電力を最大45%削減、性能を23%向上、面積を16%削減し、第2世代では最大50%削減・30%向上・35%削減になると記述しています。

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