比追逐「量子霸權」更重要,IBM專家點出量子電腦商用的關鍵
比追逐「量子霸權」更重要,IBM專家點出量子電腦商用的關鍵
2019.07.10 | IBM

漫威電影從《蟻人》到《復仇者聯盟 4》,都能見到帶著主角們穿越時空的「量子力學(Quantum Mechanics)」概念貫穿其中,雖說量子是一個完全推翻古典物理學概念的領域,然而這並非只是存在電影小說的情節中。

2016年就開發出5量子位元(qubit)量子電腦的IBM,是目前檯面上,技術能力最具突破性的代表,擔任IBM日本東京研究所所長的森本典繁(Noly-san)認為,要看到量子電腦大規模商用化,關鍵並非量子位元(qubit)的多寡,而是必須找出關鍵應用。

在森本典繁眼裡,量子電腦跟現在的超級電腦,有許多類似的地方,差異在於根本原理的不同,如何找到適合量子電腦的關鍵應用,來證明其在科學上的價值,才是真正應該思考的問題。

關鍵在量子電腦解決的問題,而非競逐霸權光環

量子電腦擁有極快的運算速度,可以在短時間內完成一般電腦需要花上數十年才能解決的問題,因此被稱為「下個世代運算工具」。

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IBM今年初在美國國際消費電子展(CES)上,推出搭載20位元(qubit)處理器的量子電腦「 IBM Q System One」。
圖/ IBM

今年初在美國國際消費電子展(CES)上,IBM推出搭載20位元(qubit)處理器的量子電腦「 IBM Q System One」,能透過雲端的方式開放全世界使用量子運算。IBM雲端運算資深總監Arvind Krishna評論:「這對於量子電腦走出實驗室,有非常重要的意義。」

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現階段量子電腦可以做到的事情,超級電腦也可以做到,我們應該思考的是,當有一天量子位元超過50的時候,要去解決什麼樣的問題?
圖/ IBM

只要量子電腦可以達到解決一般電腦所不能解決問題的里程碑,就能被稱為「量子優勢 (Quantum advantage)」,比起走出實驗室,身為量子電腦專家的森本典繁認為,想清楚把量子電腦用在什麼地方更重要,「要看用途,某些領域量子電腦說不定做得比現在電腦爛。」

森本典繁:量子電腦不是要取代傳統電腦

量子電腦跟超級電腦沒有絕對的好與不好,必須視應用的領域而定。「把問題丟給量子電腦去比賽,才會知道問題在哪裡;不能單純就量子電腦性能討論,(跟傳統電腦相比)是贏是輸很難說。」森本典繁認為,當有一天量子位元超過50的時候,該去思考要解決什麼樣的問題?

森本典繁
森本典繁強調,量子電腦的出現並非要取代傳統電腦。
圖/ 攝影 / 賀大新

森本典繁強調,量子電腦的出現並非要取代傳統電腦,「它們(指量子電腦)可以解決某些難以解決的問題,這些問題在計算過程中,可能是指數級的,以此補足現今系統的不足。」

以性能來看,現階段量子電腦可以做到的事情,超級電腦也可以做到。綜合來看,目前量子運算部分能力仍不夠完美,還是有犯錯的可能。量子電腦新創 Rigetti 創辦人Chad Rigetti指出,現在量子電腦不必像傳統電腦一樣做到非常精準,只要在特定的領域中「相對好」,那麼會就凸顯出價值與優勢。

尋找關鍵應用,如同茫茫人海找另一半

雖然產學界投入許多資源在研究量子電腦,然而時至今日,還沒有找出關鍵的應用,森本典繁用感情來比喻,「找量子電腦的應用,有點像是找另一半,現在還沒找到。」重要的關鍵在於,不能讓古典物理的邏輯限制了想像。

許多媒體、專家都預測,因為極快的運算速度,量子電腦商用後,也許可以在機器學習、模擬化學方程式、材料開發、投資組合平衡優化、風險分析等領域發揮優勢。森本典繁認為,這些都還只是商業上的預測,哪種應用最適合用量子電腦來做還很難說,「化學方程式模擬」是目前所知比較可能的量子電腦應用之一。

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量子人才,必須具備數學、物理以及產業知識。森本典繁觀察,現在很少人同時具備有這三種能力,要培養也不容易。
圖/ IBM

森本典繁認為,量子電腦目前處於商業化前期(Pre-commercial),要邁向真正的商業化,最少還需要3到5年的時間。優秀的量子人才,必須具備數學、物理以及產業知識。森本典繁觀察,現在很少人同時具備這三種能力,要培養也不容易,「就算學好了(指物理化學知識)也沒用,必須知道產業問題在哪裡,理解後才有可能放在量子電腦中。」

森本典繁
森本典繁相信,只要產學各界一起投入參與,不久後一定可以發現第一個適合量子電腦的關鍵應用。
圖/ 攝影 / 賀大新

其實問題可能就在眼前,卻被思維限制而看不到,這是目前整個產業還很難找到關鍵應用的原因。正因為如此,量子電腦發展需要一批不受古典物理學限制的新血,森本典繁相信,只要產學各界一起投入參與,不久後一定可以發現第一個適合量子電腦的關鍵應用,「我對未來發展是很樂觀的,光想就很興奮。」他說。

責任編輯:陳映璇

關鍵字: #IBM #量子電腦
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告別電動車過熱,增長儲能系統壽命!愛盛科技AI感測技術就在身邊
告別電動車過熱,增長儲能系統壽命!愛盛科技AI感測技術就在身邊

「電流過大,可能引發電池過熱甚至火災;而若無法精確偵測微小電流,則容易造成過充,進而影響電池的健康狀態與使用壽命。這樣的極端變化,正是電流感測技術面臨的核心挑戰。」愛盛科技董事長暨執行長賴孟煌破題點出這項挑戰。面對電動車或儲能系統的場域,電流偵測的量程與精度攸關安全與效能表現。愛盛科技選擇以臺灣為基地,憑藉新世代磁感測技術切入市場,成為全球少數能同時兼顧「大量程、高靈敏度」與「超低功耗」需求的感測晶片設計公司 。

從無人機到電動車,愛盛科技打造全方位感測方案

成立於2011年的愛盛科技,長期專注於新世代磁感測技術,在市場上也已累積多項專利技術,建立起堅實的技術與智慧財產權基礎。其核心優勢包含3D平面化的穿隧式磁阻(Tunneling Magnetoresistance; TMR)、異向性磁阻(Anisotropic Magnetoresistance; AMR)感測器、霍爾元件(Hall Effect Sensor)與高感度的磁通門感測器(Fluxgate Magnetometer),再搭配自研的ASIC訊號處理晶片(Application Specific Integrated Circuit; ASIC) 與AI演算法,構築出完整的感測解決方案。

簡單來說,愛盛科技的磁感測器就像電子世界的「耳朵」,能精準感應極微小的磁場變化,並即時轉換為電子訊號。

賴孟煌指出,磁感測技術最早應用於導航,例如電子羅盤,協助無人機與手機實現精確方位角。愛盛自2016年起打入無人機市場,憑藉優異的抗磁干擾設計,目前其電子羅盤感測器在全球無人機市場市佔率已達七成以上,穩居領導地位。隨後,團隊更將技術延伸至電流感測,透過間接偵測電流產生的磁場,有效掌握電池充放電狀態,應用遍及電動車的車載充電器(On-Board Charger ; OBC)和儲能系統,其nA等級的穿隧式磁阻電源開關使用於醫療裝置與智慧穿戴產品。此外,其微型角度感測器亦被國際品牌採用於手錶旋鈕、滑鼠滾輪與遊戲控制器,具備非接觸式操作與高耐用性,成功取代傳統機械式零件。

近年隨著電動車產業快速發展,對電動車的電池管理與馬達控制的精準度要求日益提升,電流感測技術的重要性也隨之攀升,愛盛科技也從中發掘了新的市場契機。賴孟煌指出,電動車系統中的電流變化極為劇烈,從待機時低至小於1安培的電流,到加速時可能瞬間飆升至400甚至600安培的峰值電流,這對傳統電流感測器來說,是極大的挑戰。「大量程與高靈敏度往往難以兼得。若設計用於偵測極小電流,便難以應對高電流的情境;反之,若強調大量程,則在微小電流的解析度上則可能不足。」他表示。

發現了市場上的痛點後,愛盛科技選擇以其獨特的「複合式感測器」架構搭配「AI演算法」來解決這個難題。他們將多個不同靈敏度的感測元件巧妙地整合成單一系統單晶片(System on Chip; SoC),並透過內建AI模組,即時判斷目前電流所處的狀態(大電流或小電流),動態切換不同感測元件的權重,進行參數的最佳化與即時調整。賴孟煌表示,這樣不僅可減少後端中央處理器(Central Processing Unit; CPU)的運算負擔與延遲,更能在毫秒間完成精準判讀,有效避免因電流異常導致系統失效或引發火災等關鍵問題 。

複合式電流感測器整合了多個高低靈敏度的感測元件以實現高精度和大量程電流測量。
圖/ 數位時代

打造「會思考的感測器」,解決車用高電流環境下的風險監控難題

「簡單來說,我們讓AI感測器就像有了智能一樣,會依電流強度自動切換最合適的感測模式,確保在各種動態情境下都能輸出最精準、最可靠的電流數據。」賴孟煌補充。也正因為長期在磁感測技術上的累積與持續創新,愛盛科技得以從既有產品線延伸,投入「電動車用人工智慧複合電流感測晶片」的開發,並成功獲得經濟部產業發展署「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」(晶創IC補助計畫)支持。該計畫在國科會協調與經濟部及相關部會共同合作所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」的框架下,透過實質資源引導業者前瞻布局AI、高效能運算與新興應用等高值化關鍵技術,進一步強化臺灣 IC 設計產業的國際競爭力與整體韌性,也讓愛盛能加速AI複合式電流感測晶片研發,為下一代電動車與智慧能源系統奠定關鍵基礎。

然而,進入電動車與儲能系統後,愛盛科技也面臨全新挑戰:這些場域的電流變化範圍極大,從小於1安培到數百安培不等,對感測器的量測能力提出更嚴苛要求。這正是愛盛科技進一步思考「高解析度」與「大量程」能否同時兼得的起點,也為其AI電流感測技術的誕生鋪設契機。「我們不是從零開始,而是站在過去的客戶基礎上,把技術推進到下一個世代」賴孟煌強調。

愛盛科技此次申請晶創IC補助計畫的技術主軸,是一顆符合AEC-Q100車規認證、導入AI演算法的複合式電流感測晶片。賴孟煌說,這項產品整合多通道感測架構與即時AI判讀能力,目的是在車輛充電、動力轉換、電池管理系統(Battery Management System; BMS)等核心應用中,提供更穩定的電流監控能力,這不只是技術突破,更是企業在智慧能源領域的關鍵布局。

愛盛科技從既有客戶需求延伸,計畫將產品線擴展至車載充電器和儲能設備市場,積極擴大產品組合和市場空間,展現在半導體產業的深耕與宏大願景。
圖/ 數位時代

愛盛科技早已憑藉其漏電流感測晶片打入歐美、韓等多家車廠的供應鏈。這次的AI複合式電流感測器,正是從原有的客戶需求延伸而來,並計畫拓展至車載充電器(On-Board Charger; OBC)與儲能設備等市場,擴大產品組合與提升毛利空間。賴孟煌表示,之所以能快速推進研發與產品化,與臺灣強大的半導體供應鏈密不可分。愛盛科技善用在地資源加快量產速度,此外,也積極與台大合作取得穿隧磁阻技術的初期研發基礎,進一步開發出符合商用需求的產品。「臺灣有最強的製造環境,我們要做的,是把它變成自己的技術優勢,」賴孟煌說。

面對電動車、儲能、智慧工業與醫療等多元市場,愛盛科技將持續深化磁感測與AI的整合技術,朝更高精度、更高可靠性、模組化平台前進。

未來3到5年,愛盛預期電動車與儲能將是主要成長動能。其AI電流感測平台,也將進一步延伸至智慧能源管理系統、高階工業伺服馬達、甚至軍用與航空等高可靠場域。藉由持續強化SoC整合能力與AI模組設計,愛盛科技將力求在國際感測市場中,扮演能見度更高的角色。「我們的願景,是讓世界聽見臺灣感測技術的聲音,真正把感測做到『聰明又可靠』,推動淨零、智慧與永續的未來,」賴孟煌有信心的說。

|企業小檔案|
- 企業名稱:愛盛科技
- 創辦人:賴孟煌
- 核心技術:磁場感測晶片開發之領導廠商
- 資本額:新台幣3億元

|驅動國內 IC 設計業者先進發展補助計畫簡介|
由國科會協調經濟部及相關部會共同合作,所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」,目標在於藉由半導體與生成式AI的結合,帶動各行各業的創新應用,並強化臺灣半導體產業的全球競爭力與韌性。在此政策框架下,經濟部產業發展署執行「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,於113年鼓勵國內業者往 AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程的低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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