Dies ist die weltweit erste Demonstration der Optimierung des Fertigungsprozesses mittels Quantentechnologie auf einer großtechnischen Massenproduktionslinie in einer Halbleiterfabrik.
In den letzten Jahren wurde der Einsatz von Quantentechnologie in verschiedenen Bereichen erforscht, insbesondere Quantenannihilationsmethoden*2, die im Bereich der kombinatorischen Optimierung, beispielsweise zur Optimierung von Lieferrouten in der Logistikbranche, Anwendung finden. Gleichzeitig steigt in der Halbleiterindustrie mit zunehmender Komplexität der Fertigungsprozesse die Anzahl möglicher Kombinationen exponentiell an. Die Vielzahl an Nebenbedingungen erschwert zudem die Ermittlung einer optimalen Lösung. Daher beschränkte sich die Anwendung von Quantentechnologie bisher auf Prozesse, deren Größenordnung von klassischen Computern approximiert werden konnte.
Im EDS-Prozess beispielsweise ist die Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten von Fertigungsanlagen, Prüfgeräten und anderen Variablen enorm, obwohl es sich nur um einen Teil des Gesamtsystems handelt. Dies erschwerte die Entwicklung einer Lösung zur Optimierung des Fertigungsprozesses erheblich. Daher wurden Operationen (Prozesszuordnung) in der Vergangenheit häufig anhand einfacher Berechnungsregeln und unter Nutzung von gesammeltem Wissen und Erfahrung durchgeführt.
In diesem Kontext begannen ROHM und Quanmatic im Januar 2023 mit der Entwicklung eines Betriebssystems, das Quantenlösungen nutzt, um verschiedene Einschränkungen im EDS-Prozess zu adressieren. Im September 2023 entwickelten die beiden Unternehmen erfolgreich einen Prototyp, indem sie das Produkt von Quanmatic – welches die Effizienz des Quantencomputings auf Basis von Forschungsergebnissen der Waseda-Universität und der Keio-Universität steigert – mit einem Rechenframework kombinierten. Die spezielle Formulierungstechnologie nutzt sowohl Quanten- als auch klassische Rechenverfahren sowie das umfangreiche Wissen, die Erfahrung und die Daten, die ROHM bis dato gesammelt hat.
Nach der Erprobung und Validierung des Prototyps in den in- und ausländischen Werken von ROHM zeigten die Ergebnisse, dass wichtige Leistungsindikatoren wie Auslastung und Lieferverzögerungsraten um mehrere Prozentpunkte verbessert werden konnten. Darüber hinaus reduziert die Implementierung des Algorithmus die Rechenzeit signifikant und ermöglicht so einen zeitnahen und optimalen Betrieb als Reaktion auf veränderte Fertigungsbedingungen.
Zukünftig werden beide Unternehmen ihre Zusammenarbeit weiter vertiefen, um die Genauigkeit des Fertigungssystems durch eine Reihe von Testläufen in ausländischen Werken zu verbessern. Ziel ist die vollständige Einführung im April 2024.
Nozomu Togawa, CSO und Mitbegründer von Quanmatic / Professor an der Fakultät für Naturwissenschaften und Ingenieurwesen der Waseda-Universität:
„Dieses Ergebnis ist ein Beispiel dafür, wie eine an einer Universität erforschte, hochmathematische Optimierungsmethode in der Praxis Anwendung findet. Ziel ist es, Halbleiterprodukte über eine Lieferkette bereitzustellen, die mithilfe quantenbasierter Methoden kontinuierlich optimiert wird. Dies ist von großer Bedeutung als großflächige praktische Anwendung der Quantentechnologie. Wir sind überzeugt, dass die Summe solcher Erfolge die Grundlage für die Verwirklichung der japanischen Regierungsvision einer ‚Zukunftsvision einer Quantengesellschaft‘ bilden wird (einer Gesellschaft, in der bis 2030 zehn Millionen Menschen Quantentechnologie nutzen werden).“
Tetsuo Tateishi, Vorstandsmitglied, leitender Angestellter und CTO der ROHM Co., Ltd.:
„Da Halbleiter eine immer wichtigere Rolle beim Erreichen einer dekarbonisierten Gesellschaft spielen, ist die Sicherstellung einer stabilen Versorgung zu einer gesellschaftlichen Herausforderung geworden. Die Entwicklung eines Betriebssystems für großtechnische Massenproduktionslinien mithilfe von Quantentechnologie stellt einen bedeutenden Durchbruch für die Halbleiterindustrie dar und ermöglicht die Echtzeitoptimierung von Produktionsprozessen. Über die aktuelle Situation hinaus werden wir die Einführung von Quantentechnologie und verwandten Methoden in einer Vielzahl von Prozessen beschleunigen, um unser stabiles Versorgungssystem durch den Aufbau einer ganzheitlicheren und optimierten Lieferkette zu stärken.“
*1) Elektrische Klassifizierung von Chips – Ein Verfahren zur Prüfung der elektrischen Eigenschaften von auf Wafern gefertigten Chips, unerlässlich für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit und die Verbesserung der Leistung von Halbleiterbauelementen.
*2) Technologie, die von Professor Hidetoshi Nishimori vom Tokyo Institute of Technology entwickelt wurde und den Aufstieg des Quantencomputings auslöste, als sie 2011 von D-Wave Systems aus Kanada erstmals kommerziell angeboten wurde. Aufgrund ihrer Stärke bei der Lösung kombinatorischer Optimierungsprobleme, die den Anwendungsbereich einschränkt, gilt sie als nahezu flächendeckend einsetzbar.
