量子AI，晶片的新解藥

量子AI 助力，半導體供應鏈韌性升級。

幾十年來，矽一直是電腦發展的主要驅動力，但摩爾定律如今已接近極限。隨著對晶片速度和能效要求的不斷提高，由於供應短缺和地緣政治緊張局勢，供應鏈面臨的壓力前所未有。

這就是人工智慧和量子計算發揮作用的地方。這並非科幻小說；它們正在幫助發現新的半導體材料，並最佳化晶圓廠的生產計畫。這可以縮短交貨周期，降低風險，並打造更具韌性的供應鏈。

對於工程師和採購團隊來說，資訊很簡單：要想在晶片領域保持領先地位，很快就需要同時利用量子計算和人工智慧。

量子計算和人工智慧在半導體創新中的融合

量子計算使用量子位元，與經典位元不同，量子位元可以處於疊加態，同時表示0和1。這使得量子處理器能夠處理經典電腦難以完成的複雜模擬，例如模擬新型半導體材料中的原子級行為。

人工智慧增強了這種能力。通過將預測分析應用於量子模擬，機器學習模型可以識別有前景的候選材料，預測其性能，並提出調整建議。這使得原本緩慢的試錯過程轉變為可執行的洞察，從而節省了數年的實驗室工作。

以Google的Willow處理器為例。它是Sycamore的後續產品，雖然並非完全為材料研究而設計，但它展示了量子系統如何擴展並減少誤差。當與機器學習相結合時，它為晶片創新至關重要的材料特性提供了前所未有的視角。

正如Anima Anandkumar 指出的那樣：“人工智慧幫助我們將量子模擬的原始複雜性轉化為工程師實際可以使用的見解。”—— Anima Anandkumar，加州理工學院教授兼輝達人工智慧研究高級總監。

人工智慧和量子計算的結合，正在為晶片設計奠定一種全新的基礎。

人工智慧驅動的材料科學：營運和市場影響

在發現新型半導體材料時，原子級精度至關重要。人工智慧驅動的量子模型可以模擬石墨烯、氮化鎵或鈣鈦礦等材料中的電子行為。這使得研究人員能夠在進行實驗室測試之前評估材料的導電性、能量效率和耐久性，從而極大地加快材料鑑定速度。

實際影響顯著。傳統上，材料驗證需要數年時間，但早期研究表明，驗證時間可以縮短30%至50%。這使得晶圓廠能夠更高效地營運，使生產與新技術同步，並最大限度地減少閒置時間。

市場壓力進一步加劇了這一局面。在2021年的短缺期間，交貨周期從大約12周延長至一年以上。借助人工智慧，企業可以預測供應鏈中斷並主動調整採購策略。量子模擬還能擴大可用材料的範圍，從而減少對單一供應商或高風險地區的依賴。

投資回報令人矚目。德勤指出，將人工智慧融入研發和供應鏈營運的企業，效率提升幅度可達兩位數，這主要得益於產量預測的改進和停機時間的減少。Google的量子研究團隊已證明，人工智慧驅動的模擬可以在幾周內將有前景的材料從數千種縮減到幾種，而使用傳統計算方法通常需要數年時間。研發周期的顯著縮短從根本上改變了競爭格局。

為採購和供應鏈領導者提供戰略洞察

對於採購和供應鏈領導者而言，這不僅僅是一次技術升級，更代表著一項真正的戰略優勢。人工智慧驅動的量子工具能夠最佳化交付周期，從而實現更精準的供應商合同，並減少對過剩庫存的需求。預測分析還能幫助團隊在潛在風險影響晶圓廠或延誤客戶交付之前識別它們。

供應鏈韌性也得到提升。當人工智慧引導的量子模擬確認可以從不同地區採購的替代半導體時，採購團隊就能降低地緣政治風險或自然災害帶來的影響。這種方法與美國《晶片與科學法案》和歐盟《晶片法案》等國家倡議相契合，這兩項法案都旨在促進更強大的本地化生產和更具韌性的採購策略。量子人工智慧建模提供了驗證這些替代供應管道所需的必要技術保障。

“短期內，人工智慧行業的上升趨勢顯而易見，但那些能夠有效管理供應鏈、吸引並留住人才的公司，才能更好地把握人工智慧蓬勃發展帶來的機遇並從中獲益。”——畢馬威全球技術主管馬克·吉布森

歸根結底，成功整合這些技術的公司不僅能更快地將產品推向市場，還能在當今瞬息萬變的全球市場中獲得真正的競爭優勢。在半導體行業，幾周的延誤就可能造成數十億美元的收入損失，因此，敏捷性對於生存至關重要。

未來展望：量子人工智慧對半導體製造的影響規模化

展望未來，下一個重大發展方向似乎是全端式量子人工智慧設計。試想一下，量子處理器運行全晶片模擬，而人工智慧則負責最佳化其速度、效率和可製造性。雖然我們尚未完全實現這一目標，但光子電路和自旋電子元件的逐步進步已經產生了切實可見的成果。

對於製造團隊而言，挑戰在於如何保持供應鏈的靈活性。隨著新材料從模擬階段過渡到試生產階段，採購和製造團隊必須協調一致地擴大規模。如今的量子處理器並不完美，它們在量子位元數量、錯誤率和可擴展性方面仍然存在侷限性，但如果進展持續，未來十年內有望出現實際的工業應用。現在就開始規劃、制定路線圖並建立戰略合作夥伴關係的公司將獲得顯著優勢。

結論

目前，半導體行業正處於一個關鍵的轉折點。將人工智慧的預測能力與量子計算的原子級洞察力相結合，可以加速產品發現，縮短研發周期，並顯著增強供應鏈的韌性。對於工程師和採購負責人而言，資訊很明確：採用人工智慧與量子計算的融合不僅僅關乎技術，更關乎保持競爭力。矽晶片的下一個重大突破並非偶然，而是需要借助人工智慧和量子計算進行精心設計、最佳化和工程打造。 (半導體產業縱橫)