量子AI，芯片的新解药

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自eletimes

量子AI 助力，半导体供应链韧性升级。

几十年来，硅一直是计算机发展的主要驱动力，但摩尔定律如今已接近极限。随着对芯片速度和能效要求的不断提高，由于供应短缺和地缘政治紧张局势，供应链面临的压力前所未有。

这就是人工智能和量子计算发挥作用的地方。这并非科幻小说；它们正在帮助发现新的半导体材料，并优化晶圆厂的生产计划。这可以缩短交货周期，降低风险，并打造更具韧性的供应链。

对于工程师和采购团队来说，信息很简单：要想在芯片领域保持领先地位，很快就需要同时利用量子计算和人工智能。

量子计算和人工智能在半导体创新中的融合量子计算使用量子比特，与经典比特不同，量子比特可以处于叠加态，同时表示0和1。这使得量子处理器能够处理经典计算机难以完成的复杂模拟，例如模拟新型半导体材料中的原子级行为。

人工智能增强了这种能力。通过将预测分析应用于量子模拟，机器学习模型可以识别有前景的候选材料，预测其性能，并提出调整建议。这使得原本缓慢的试错过程转变为可执行的洞察，从而节省了数年的实验室工作。

以谷歌的Willow处理器为例。它是Sycamore的后续产品，虽然并非完全为材料研究而设计，但它展示了量子系统如何扩展并减少误差。当与机器学习相结合时，它为芯片创新至关重要的材料特性提供了前所未有的视角。

正如Anima Anandkumar 指出的那样：“人工智能帮助我们将量子模拟的原始复杂性转化为工程师实际可以使用的见解。”—— Anima Anandkumar，加州理工学院教授兼英伟达人工智能研究高级总监。

人工智能和量子计算的结合，正在为芯片设计奠定一种全新的基础。

人工智能驱动的材料科学：运营和市场影响

在发现新型半导体材料时，原子级精度至关重要。人工智能驱动的量子模型可以模拟石墨烯、氮化镓或钙钛矿等材料中的电子行为。这使得研究人员能够在进行实验室测试之前评估材料的导电性、能量效率和耐久性，从而极大地加快材料鉴定速度。

实际影响显著。传统上，材料验证需要数年时间，但早期研究表明，验证时间可以缩短30%至50%。这使得晶圆厂能够更高效地运营，使生产与新技术同步，并最大限度地减少闲置时间。

市场压力进一步加剧了这一局面。在2021年的短缺期间，交货周期从大约12周延长至一年以上。借助人工智能，企业可以预测供应链中断并主动调整采购策略。量子模拟还能扩大可用材料的范围，从而减少对单一供应商或高风险地区的依赖。

图1. 半导体交货周期从2020年的12周飙升至2022年的30周以上，之后有所缓解。人工智能与量子技术的融合可以通过实现预测分析和多元化采购来帮助稳定这些波动。

投资回报令人瞩目。德勤指出，将人工智能融入研发和供应链运营的企业，效率提升幅度可达两位数，这主要得益于产量预测的改进和停机时间的减少。谷歌的量子研究团队已证明，人工智能驱动的模拟可以在几周内将有前景的材料从数千种缩减到几种，而使用传统计算方法通常需要数年时间。研发周期的显著缩短从根本上改变了竞争格局。

为采购和供应链领导者提供战略洞察

对于采购和供应链领导者而言，这不仅仅是一次技术升级，更代表着一项真正的战略优势。人工智能驱动的量子工具能够优化交付周期，从而实现更精准的供应商合同，并减少对过剩库存的需求。预测分析还能帮助团队在潜在风险影响晶圆厂或延误客户交付之前识别它们。

供应链韧性也得到提升。当人工智能引导的量子模拟确认可以从不同地区采购的替代半导体时，采购团队就能降低地缘政治风险或自然灾害带来的影响。这种方法与美国《芯片与科学法案》和欧盟《芯片法案》等国家倡议相契合，这两项法案都旨在促进更强大的本地化生产和更具韧性的采购策略。量子人工智能建模提供了验证这些替代供应渠道所需的必要技术保障。

“短期内，人工智能行业的上升趋势显而易见，但那些能够有效管理供应链、吸引并留住人才的公司，才能更好地把握人工智能蓬勃发展带来的机遇并从中获益。”——毕马威全球技术主管马克·吉布森

图2. 采用人工智能增强型半导体运营的公司获得了显著更高的投资回报率，咨询研究报告显示，与传统运营相比，效率提高了两位数。

归根结底，成功整合这些技术的公司不仅能更快地将产品推向市场，还能在当今瞬息万变的全球市场中获得真正的竞争优势。在半导体行业，几周的延误就可能造成数十亿美元的收入损失，因此，敏捷性对于生存至关重要。

未来展望：量子人工智能对半导体制造的影响规模化

展望未来，下一个重大发展方向似乎是全栈式量子人工智能设计。试想一下，量子处理器运行全芯片模拟，而人工智能则负责优化其速度、效率和可制造性。虽然我们尚未完全实现这一目标，但光子电路和自旋电子元件的逐步进步已经产生了切实可见的成果。

对于制造团队而言，挑战在于如何保持供应链的灵活性。随着新材料从模拟阶段过渡到试生产阶段，采购和制造团队必须协调一致地扩大规模。如今的量子处理器并不完美，它们在量子比特数量、错误率和可扩展性方面仍然存在局限性，但如果进展持续，未来十年内有望出现实际的工业应用。现在就开始规划、制定路线图并建立战略合作伙伴关系的公司将获得显著优势。

结论

目前，半导体行业正处于一个关键的转折点。将人工智能的预测能力与量子计算的原子级洞察力相结合，可以加速产品发现，缩短研发周期，并显著增强供应链的韧性。对于工程师和采购负责人而言，信息很明确：采用人工智能与量子计算的融合不仅仅关乎技术，更关乎保持竞争力。硅芯片的下一个重大突破并非偶然，而是需要借助人工智能和量子计算进行精心设计、优化和工程打造。

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