Японский производитель микросхем Rohm в сотрудничестве с венчурной компанией Quanmatic работает над оптимизацией процесса сортировки электрических матриц (electrical die sorting, EDS), что, по мнению специалистов, является первым применением квантовых вычислений для автоматизации производственного процесса на полупроводниковых линиях в промышленных масштабах.
"Квантовая механика - невероятно сложная для понимания штука", - считает профессор Хидетоши Нисимори, объясняя механизм работы квантовых вычислительных машин, которые привлекают внимание тем, что могут значительно превзойти по скорости существующие ЭВМ. "Пожалуй, лучше всего это можно выразить цитатой, приписываемой Ричарду Фейнману, одному из основателей квантовой электродинамики и лауреату Нобелевской премии по физике: "Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, значит, вы ничего в ней не понимаете", - подчеркнул Нисимори. Квантовые вычисления в ближайшем будущем станут основой промышленного производства полупроводников. Изображение: Facebook Screengrab
После года упорных исследований обе компании объявили, что полномасштабное внедрение технологии зондового контроля будет запущено в апреле этого года на заводах Rohm в Японии и за рубежом. Тестирование и проверка опытного образца показали, что производительность EDS может быть улучшена на несколько процентов. Благодаря новой технологии значительно повышается производительность и рентабельность производства.
Компания Rohm, штаб-квартира которой находится в японском городе Киото, занимается производством интегральных микросхем (ИМС), дискретных полупроводников и других электронных компонентов. Она является одним из ведущих мировых поставщиков полупроводниковых подложек из карбида кремния и приборов управления питанием, используемых в электромобилях (EV) и других промышленных приложениях.
Quanmatic - японская венчурная компания, занимающаяся разработкой программного обеспечения, в том числе алгоритмов для повышения эффективности и точности квантовых вычислений. Компания разрабатывает "вычислительные оптимизаторы", используя квантовые технологии для решения различных задач в бизнесе и промышленности.
Несмотря на санкции США, Китай построил на западном оборудовании квантовый компьютер "Сунь Укун"
Электрическая сортировка осуществляется после обработки пластин для выявления поврежденных микросхем, которые либо восстанавливаются, либо удаляются перед разрезанием пластины и упаковкой отдельных кристаллов. Это очень важный этап необходимый для улучшения и сохранения производительности на высоком уровне.
EDS выполняется путем контакта пластины с датчиком - электромеханическим интерфейсом, который может насчитывать более 50 тысяч крошечных иголочек, посылающих электрические сигналы через подложку. Это позволяет определить, правильно ли работают микросхемы, и удалить поврежденные экземпляры. Выполнять эту процедуру после упаковки чипов было бы неэффективно и очень дорого.
По мере развития технологии производства полупроводников система EDS стала чрезвычайно сложной, поэтому сегодня все труднее найти решение, оптимизирующее технологический процесс. Для решения этой проблемы специалисты Rohm и Quanmatic разработали операционную систему, сочетающую квантовые и классические вычисления с данными о производстве полупроводников и опытом компании Rohm, накопленным за десятилетия.
Представители обеих компаний отмечают, что квантовые технологии - в частности, квантовый отжиг - с недавних пор применяются для оптимизации комбинаторики в различных областях, и одним из ярких примеров является оптимизация маршрутов доставки.
Прогресс в технологии производства микросхем привел к экспоненциальному росту числа вероятных комбинаций EDS. При этом различные физические и технологические ограничения усложняют поиск оптимального EDS-решения.
"Повышение эффективности методов решения задач комбинаторной оптимизации оказывает большое влияние на общество. Компьютерная система D-Wave Two использует 512 кубитов. Теоретически она способна одновременно поддерживать 2 в 512 степени состояний. Если развитие пойдет в соответствии с графиком, то через несколько лет машины квантового отжига смогут решать некоторые задачи комбинаторной оптимизации, которые не под силу существующим суперкомпьютерам", - заявил несколько лет назад Хидетоши Нисимори. На снимке система квантового отжига D-Wave. Изображение: X Screengrab.
Специалисты BlueQubit - разработчика квантового программного обеспечения из Лос-Анджелеса - утверждают, что "...квантовый отжиг — это передовой метод вычислений, использующий квантовую механику для решения задач оптимизации более эффективно, чем классические вычислительные машины. Это как супермощная поисковая система, разработанная для того, чтобы просматривать огромное пространство решений и находить наиболее оптимальный вариант с такой скоростью и точностью, с которой другие вычислительные модели просто не могут сравниться. Высокая способность решать сложные и масштабные задачи, выходящие за рамки традиционных вычислительных систем... открывает путь к беспрецедентным инновациям в самых разнообразных отраслях".
Этот термин был введен Диего де Фалько, Николо Чеза-Бьянки и Б Аполлони из Миланского университета в 1988 году. Однако заслуга Хидетоши Нисимори из Токийского технологического института и его студента Тадаши Кадоваки состоит в том, что десять лет спустя они предложили модель квантового отжига, которая в итоге спровоцировала бум квантовых вычислений.
Квантовый отжиг был впервые коммерциализирован канадской компанией D-Wave Systems в 2011 году. Компания D-Wave со штаб-квартирой в Бернаби, Британская Колумбия, занимается разработкой систем квантовых вычислений, облачных сервисов и программного обеспечения для применения в производстве, логистике, финансовых услугах, биологии и других областях.
Баланс сил на рынке чипов медленно, но неуклонно смещается в сторону Китая
Среди ее клиентов - автомобильный концерн Volkswagen, оператор супермаркетов Pattison Food Group, компания потребительской рекламы Interpublic Group, BBVA, и американский оборонный подрядчик Lockheed Martin, а в Японии - Toyota, Denso и NEC. Офис D-Wave находится в Токио.
Профессор Нозуму Тогава из Университета Васэда был очень впечатлен работой Нисимори и Кадоваки, а также опытом компании D-Wave. В 2022 году он и еще три человека - доцент университета Кейо Шу Танака, бывший стратег Dell Technologies и McKinsey & Company Сумитака Кога и выпускник инженерного факультета Васеда Йосуке Мукаса - основали компанию Quanmatic.
Тогава - главный научный сотрудник, Танака - главный технолог, Кога - генеральный директор, а Мукаса отвечает за продукцию. Тогава считает, что сотрудничество Quanmatic с Rohm - это "яркий пример применения в реальной среде высокоматематических методов оптимизации расчетов, разработанных в университете".
Тецуо Татеиши, член совета директоров и главный технолог компании Rohm, считает: По мере того, как роль полупроводниковой продукции становится все более важной для построения декарбонизированного общества, обеспечение стабильных поставок становится главной проблемой. Разработка операционной системы, пригодной для крупномасштабных линий массового производства, с использованием квантовых технологий является важным шагом вперед в развитии индустрии полупроводниковой промышленности, позволяя оптимизировать технологические процессы в режиме реального времени.
Не ограничиваясь рамками текущей ситуации, мы собираемся ускорить внедрение квантовых технологий и связанных с ними методов в широкий спектр процессов. Наша цель - укрепить систему снабжения, сформировав наиболее целостную и максимально оптимизированную цепочку поставок.
"Квантовая механика, ранее уже применялась в современных компьютерах, в частности, в полупроводниковых продуктах, например, в чипах памяти или CPU. Проблема в том, что ее применение ограничено аппаратным обеспечением. Но теперь квантовые машины используют квантовую механику в программном обеспечении и алгоритмах", - считает Нисимори. На снимке квантовый компьютер крупным планом - футуристические технологии
Отраслевой аналитик Скотт Фостер считает, что новая технология как минимум заслуживает уважения, ведь если ее применение в EDS оправдает ожидания, квантовый отжиг в первую очередь поможет конкурентоспособности самой компании Rohm, а впоследствии может быть внедрен и во всех других секторах полупроводниковой промышленности.
