Япония первой в мире применила квантовые технологии в серийном производстве передовых чипов - AT

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.

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.

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.

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.

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.