2023年09月

著者：Rob Edmonds

材料科学の進歩、AIツール、低コストのハイブリッド量子コンピューターの組み合わせにより、次世代のコンピューターやインターネットギアのための計算能力は劇的に加速し、高度なデジタル アプリケーションの急速な進歩を促進する可能性がある。

材料科学の進歩、AIツール、低コストのハイブリッド量子コンピュータの組み合わせにより、次世代のコンピューターやインターネットギアのための計算能力は劇的に加速するだろう。この革新は、大規模なデータセンターサーバーから小規模なハンドヘルド機器まで、コンピューティング市場のすべてのセグメントに影響を与える可能性がある。

計算能力の劇的な加速は、人工知能（AI）を使用するものを含む高度なデジタルアプリケーションにおける急速な進展を推進する可能性がある。センサーのような小型デバイスでさえ、複雑なデータ処理を行うことができるようになり、最大規模のデータセンターは、汎用人工知能に近いシステムを実行することができるかもしれない。

また、計算力の革新は、企業間や地域間の競争を混乱させる可能性がある。さまざまな企業が、競争相手に追いつくために技術革新を利用できるからである。そのような混乱は、例えば、中国が最先端のコンピューティングハードウェアへアクセスすることを制限しようとする米国の試みの有効性を低下させる可能性がある。高度なコンピューティングハードウェアへのアクセスが困難な中国、ロシアなどの国々は、自動設計や自動製造技術、その他の新技術を駆使して、米国と同等の性能を持つ高度な半導体を作り出すことができるようになるかもしれない。

どんな結果であろうと、さまざまな技術開発により、計算能力の劇的な加速が現実味を帯びていることを示唆している。可能性のある1つのブレークスルーとして、AIがチップの設計と製作に及ぼす影響が挙げられる。最近、ニューヨーク州立大学の研究チームが、OpenAIのChatGPTの助けを借りて、平易な英語のみを用いて動作する半導体チップの設計および製造を行った。従来、半導体メーカーは設計と自動製造のシステムを連動させていたが、このようなシステムには、常にハードウェア記述言語が必要であった。ニューヨーク州立大学のシステムは、コンピュータプロセッサーチップの要素にすぎないが、研究者のプロセスは、最終的には、チップの設計と製造を完全に自動化するために規模を拡大することが可能となっている。

さらに、よりシンプルな自動チップ設計ツールによって、チップ設計と製造の完全自動化がより現実味を帯びてきている。すでに、いくつかの市販の設計自動化ツールはAI を使用しており、チップレイアウトやその他の要素で目覚ましい結果を示している。Synopsys社のDSO.aiのようなツールは、通常、設計プロセスを完全に自動化するのではなく、人間のチップ設計者が設計オプションを迅速に繰り返すのに役立つが、さらなる改善により、人間の監督の必要性が減るか、あるいはなくなる可能性がある。

完全に自動化されたチップの設計と製造が実現すれば、非常に破壊的な進展になるだろう。今日では、チップの設計と製造は専門的で厳密に管理された分野である。新たな技術はそれを一変させ、やる気さえあれば、誰にでも高度な半導体を設計および製造できる力を得ることができるようにする可能性がある。こうした開発が進めば、事業機会を生み出し、競争を混乱させ、おそらく安全保障上の問題を引き起こすだろう。例えば、テロリストは、重要なインフラを混乱させるのに役立つカスタムチップを設計し、製造することができるようになるからだ。

自動化された設計および製造方法が量子計算を変える可能性があるという兆候もある。一例を挙げると、中国企業のHefei Origin Quantum Computing Technology（合肥本源量子）はこのほど、量子チップの製造の高速化に役立つプラットフォームを立ち上げた。NDPT-100プラットフォームは、非破壊電気プロービングを用いて、キュービットチップ上のキュービットレジスタンスを測定し、量子チップの品質を正確かつ迅速に識別する。

量子コンピューティングは、従来のコンピューターとのハイブリッド化によって、現在よりも実用的になり、安価になる可能性もある。本格的な量子コンピューティングは多くの研究チームの目標であり続け、破壊的な革新をもたらす可能性は十分にあるが、その目標は依然として長期的なものだ。短・中期的には、ハイブリッド量子コンピューターは業界に実際の影響を持つ可能性がある。これらのシステムは、量子コンピューターが完全になるのを待つのではなく、従来のコンピューターシステムで現在の量子コンピューターを補強するものである。典型的なものでは、従来のシステムが、高レベルのアプリケーションロジックとユーザーインターフェースを提供し、量子コンピューターは、従来のシステムを上回る計算のみを行う。

また、新しい材料や製造方法によって、量子コンピューターの実用性が向上する可能性もある。例えば、ミネソタ大学のSchool of Physics and Astronomyの研究者たちは、超伝導体を使った新しいダイオードの実証に成功している。実験では、チューナブル・デバイスは可能な限り最高のエネルギー効率に近いものを示した。研究者たちは、この研究が現在の量子コンピューターのスケールアップに役立つコンポーネントにつながることを期待している。

材料およびプロセスの革新は、従来のチップ設計においても発生しており、この場合も、計算能力が劇的に加速する可能性を示している。SoC1386 - 将来の半導体へのブレークスルーでは、さまざまな変化の兆候が詳しく説明されている。これらには、Nvidia Corporationがインバースリソグラフィーのチップ製造ステップの処理時間を短縮すること、およびマサチューセッツ工科大学の研究者らが、製造業者がシリコンウェハー上に部品を直接集積または成長させ、コンピューターチップに適用することができる可能性があることを実証したことが含まれる。

これらの技術やプロセスの進歩は、単独でも将来の半導体の性能を一変させる可能性がある。材料科学の進歩、AIツール、ハイブリッド低コスト量子コンピューターは、非常に破壊的なスピードで起きており、複合的な変化が起きれば、社会的に破壊的な計算能力の向上につながる可能性がある。関係者は、この事態を注意深く見守る必要がある。（英文）