Yano E-Plus 2021년 5월호(No.158) (일본어판)

≪차세대 시장 트렌드≫

차세대 양자기술 시리즈(1)~양자 컴퓨팅~ (3~42페이지)

~양자초월의 증명으로 다시 양자 컴퓨터에 대한 기대가 높아진다.

　클라우드 서비스와 하이브리드 방식을 구사한 응용전개가 진전~

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1. 양자초월을 달성한 양자컴퓨터(QC)

2. QC현황 (도쿄공업대학 니시모리 히데토시 교수 감수)

2-1. 양자 게이트 방식(QGM)과 양자 어닐링 방식(QAM)

2-2. 현 단계에선 QC와 슬기롭게 접할 필요가 있다

2-3. QC 애플리케이션 확대로 활로를 찾는다

3. 양자 컴퓨팅의 시장규모 예측

【그림·표 1. 양자 컴퓨팅의 일본 및 WW 시장규모 예측 (금액: 2025-2050년 예측)】

4. 양자 컴퓨팅 관련 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. 국립대학법인 오사카대학

(1) 양자 오류정정 이론

【그림1. 현재 실현되고 있는 규모의 QC 상에서 동작하는 세계최초 양자기계 학습 알고리즘을 제안】

【그림2. QC에서의 노이즈와 양자 오류정정】

【그림3. QC와 CC의 하이브리드】

【그림4. FTQC 양자회로 및 알고리즘 예】

(2) 양자정보 관련 기초연구

(3) 향후 전망

【그림5. "양자판" 무어의 법칙】

4-2 주식회사 Quna Sys

(1) Quna Sys, 톳판인쇄, NICT, ISARA의 4사가 연계하여 양자 시큐어 클라우드 기술 확립을 위해 시동

【그림6. 양자 시큐어 클라우드 기술의 부감적 이미지】

(2) QC용 양자 계산 클라우드 'QunaSys Qamuy™' β 버전 제공

【그림7. 'QunaSys Qamuy™'의 양자화학계산 라이브러리】

(3) QC용 화학계산 프로그램의 공동실증 with HPC SYSTEMS

4-3. 주식회사 GRID

(1) QC용 애플리케이션 개발 프레임워크

①QC용 애플리케이션 개발 프레임워크

②양자기계학습 라이브러리

③QC·양자 시뮬레이터

(2) 양자 알고리즘의 개발

①양자 몬테카를로

②양자 오토인코더

【그림8. 28×28=784차원의 데이터 세트 「MNIST」손으로 쓴 글씨 이미지를 불과 9비트로 학습시키는 데 성공한 사례】

③ 양자 오차역전파법

【그림9. 오차역전파 알고리즘을 이용한 양자회로학습 결과】

4-4. 학교법인 게이오기주쿠대학

(1) Ising Machine의 알고리즘 개발

【그림10. Ising Machine의 임베딩 알고리즘과 계산성능의 관계[1]】

【그림11. Ising Machine에서 계수 비트폭 제한을 소프트웨어 측에서 흡수하는 방법의 개발】

(2) 응용 전개: 머티리얼스 인포매틱스(MI)에서 QAM 활용

【그림12. QAM을 이용한 MI기법을 메타메터리얼에 적용한 사례】

【그림13. QAM을 활용한 MI기법의 새로운 콘셉트 개념도】

【그림14. QAM을 이용한 시뮬레이션 결과와 기존방법의 비교】

4-5. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소

【그림15. 양자 디바이스 개발 거점으로서의 산업기술종합연구소의 노력 (참가 프로젝트)】

(1) 3차원(3D) 실장방식 QUIP와 칩 제조 기술[1]

【그림16. (상)산업기술종합연구소가 개발한 초전도 QAM 칩 AQUA 1.0의 사진, (하)산업기술종합연구소가 실현을 목표로 하고 있는 3D 실장 QUIP을 이용한 초전도 QAM】

【그림17. 일본최초 3 양자 비트 초전도 양자 어닐링 머신 AQUA 1.1】

(2) 실리콘(Si) QC

【그림18. Si QC에서의 칩 집적화 이미지】

(3) Cryo-CMOS 제어회로

【그림19. Cryo-CMOS 제어회로】

4-6. 국립대학법인 도쿄공업대학

(1) Si-MOS형 퀀텀닷(QD)

【그림20. MOS 구조를 이용한 Si QD 디바이스】

【그림21. 정삼각형의 각 정정에 QD를 배치한 Si TQD 디바이스】

(2) Si/SiGe 헤테로 구조형 QD

【그림22. Si / SiGe 헤테로 구조형 퀀텀닷. (왼쪽)단면모식도, (오른쪽)표면SEM상】

4-7. 일본전기주식회사(NEC)

(1) NEC의 양자 컴퓨팅에 대한 대응 경위와 현재 도달점

【그림23. NEC의 QC 발전 경위】

【그림24. 초전도 파라메트론을 이용하는 QAM의 진척】

(2) 양자컴퓨팅 적용분야

【그림25. 양자 컴퓨팅 적용분야】

(3) 벡터형 SC 'SX-Aurora TSUBASA'

【그림26. D-Wave와의 콜라보레이션】

【그림27. SX-Aurora TSUBASA의 발전 경위】

(4) NEC와 Parity Quantum Computing사, QC 개발을 위한 협업 시작

（https://jpn.nec.com/press/202102/20210210_01.html）

【그림28. Parity QC 아키텍처를 NEC의 초전도 파라메트론 소자에 실장하는 이미지】

4-8. blueqat 주식회사

(1) QC+기계학습 개발환경 제공

(2) QC+기계학습 수탁시스템 개발

(3) 양자기계학습을 이용한 마케팅 서비스의 제공

4-9. 국립대학법인 홋카이도대학

(1) 선형광학소자를 사용한 양자연산

【그림29. 2자간 양자 리더 선거를 위한 양자회로】

【그림30. 선형 광학 소자로 실장】

【그림31. 통신량 기대치에 의한 비교】

(2) 광에 의한 QC 실현에 크게 다가서는 방법을 개발

(https://www.hokudai.ac.jp/news/180528_pr.pdf)

5. 양자 컴퓨팅의 장래 전망

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스마트 센싱 시리즈(4) 프린티드 센서 관련 시장 ③웨어러블 센서편 (43~63페이지)

~FHE형 웨어러블 센서 패치가 2023년경부터 급증~

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1. 처음에

1-1. 웨어러블 제품의 생체정보 수집기능

【표 1. 각종 웨어러블 제품의 착용법 차이와 특징】

1-2. 웨어러블 생체정보 센서의 개요

【그림1. 웨어러블 혈압계(의료기기: 왼쪽, 중앙) 맥박 계측기능이 있는 활동량계(오른쪽)】

【그림2. 침대 옆 환자 감시용 패치형 생체센서】

1-3. FHE 기술과 패치형 센서

2. 웨어러블 기기와 패치형 센서의 시장동향

2-1. 웨어러블 기기 시장의 현황과 전망

【그림·표 1. 웨어러블 기기 시장 WW 시장 내역 (금액: 2019년)】

【그림·표 2. 장착형 의료기기 WW 시장 내역 (금액: 2019년)】

2-2. 웨어러블 단말용 센서의 현황

【그림·표 3. 웨어러블 센서의 WW 시장 기능별, 유형별 내역 (금액: 2019년)】

【그림·표4. 웨어러블 기기와 동 분야용 센서의 WW 시장규모 예측(금액: 2019-2024년 예측)】

2-3. 웨어러블 기기용 인쇄형 센서의 동향

【그림·표5. 웨어러블 센서의 WW 시장구조별, 형태별 매출 구성(금액: 2019년)】

【그림·표6. 웨어러블 인쇄형 센서의 WW 시장 현황 (금액: 2019년)】

【그림·표 7. 웨어러블 인쇄형 센서의 WW 시장규모 예측(금액: 2019-2024년 예측)】

【그림·표8. 웨어러블 패치 WW 시장 내역 (금액: 2019년)】

3. 주목기업의 대응

3-1. DexCom, Inc. / TERUMO 주식회사

【그림3. DexCom의 CGM 시스템 (G4 PLATINUM)】

【그림4. DexCom의 제7세대 CGM센서(G7)의 두께와 사이즈(오른쪽)】

【그림5. G4 PLATINUM 시스템 (왼쪽) 센서 삽입 기구를 통한 장착 (중앙·오른쪽)】

3-2. MC10,Inc. / MARUBUN 주식회사

【그림6. Bio Stamp 초대제품(왼쪽) 패치형 UV센서·My UV Patch(오른쪽)】

【그림7. Bio StampRC의 외관(왼쪽A) 내부구조(왼쪽B), 전용충전기(오른쪽)】

【그림8. Biostamp nPoint 시스템의 연구자용 키트】

3-3. 주식회사 Xenoma

【그림9. 피부부착형 나노메쉬센서(왼쪽) 스킨 디스플레이(중앙·오른쪽)】

【그림10. 【e-skin】의 기본구조(왼쪽) 탑재센서(오른쪽)】

【그림11. 스마트 어패럴 「e-skin」 제품 사례】

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환경 대책 자동차 시장의 동향과 향후 전망(2)(64~76페이지)

~BEV에 집중이 현저, 배수진으로 임하는 자동차 메이커 2030년?~

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1. 모빌리티의 속 EV의 위치

【그림1. 차종별 "동력" 및 "CASE"의 관계(2021년)】

【그림2. 유럽의 자동차 메이커의 승용차 등의 동력원】

【그림3. 미국 자동차 메이커의 승용차 등의 동력원】

【그림4. 일본 자동차 메이커의 승용차 등의 동력원】

【그림5. 중국·한국 자동차 메이커의 승용차 등의 동력원】

2. PHEV/BEV의 차량 등급과 향후 움직임

【표 1. 자동차 메이커의 PHEV/BEV의 차량 등급】

3. 환경 대응 자동차의 생산대수 예측

【표 2. 유럽계 환경 대응 자동차의 생산량 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림6. 유럽계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림7. 유럽계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【표 3. 미국계 환경 대응 자동차의 생산량 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림8. 미국계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림9. 미국계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【표 4. 일본계 환경 대응 자동차의 생산량 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림10. 일본계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림11. 일본계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【표 5. 중국계 환경 대응 자동차의 생산량 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림12. 중국계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

【그림13. 중국계 환경 대응 자동차의 생산량 점유율 추이 예측(수량: 2021-2030년 예측)】

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차세대 반도체 3D집적 기술 동향(77~115페이지)

~nMOS와 pMOS를 수직으로 적층하는 CFET은 최첨단 3D집적화 기술로 주목

한편 실리콘 다이의 집적기술도 빠른 속도로 진전~

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1. 고밀도화의 핵심이 되는 3차원(3D) 집적기술

2. Si다이의 3D집적화 기술

3. 3D집적 반도체 시장규모 추이와 전망

【그림·표 1.3D집적 반도체 WW시장규모 추이와 전망(금액: 2019-2024년 예측)】

【그림·표 2.3D집적 반도체의 분류별 WW시장규모 추이와 전망(금액: 2019-2024년 예측)】

4. 반도체 3D집적 기술 관련 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. 학교법인 오카야마이과대학

【그림1. 곡률반경이 다른 3D나노 다공질 그래핀의 SEM상(상), 저배율 TEM상(하), 3차원 다공질 그래핀의 종류: (a)곡률반경 500-1,000nm, (b)곡률반경 50-150nm, (c)곡률반경 25-50nm】

【그림2. (a)이온액체를 이용한 3D나노 다공질 그래핀 전기 2중층 트랜지스터의 개요도, (b), (c)페르미 준위 근방의 각도 적분 광전자 분광 스펙트럼과 전기 2중층 트랜지스터의 전달 특성 및 실험으로 예상되는 곡률에 대한 전자상태 변화의 모습】

【표 1. 곡률을 변화시켰을 때의 실온에서 다공질 그래핀의 디바이스 특성】

4-2. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소 (1)프론트 엔드

(1) 3D적층에 따른 고밀도화 방안~프런트 엔드와 백 엔드

【그림3. 프론트 엔드 3D집적기술의 이점】

(2) 고 이동도 포스트 실리콘 재료의 3D적층에 의한 CMOS회로 동작에 성공

(https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2014/pr20140609_2/pr20140609_2.html)

【그림4. InGaAs-nMOSFET/SiGe-pMOSFET 3D적층 CMOS단면의 모식도(a)와 전자현미경 이미지(b)】

(3) Si LSI의 미세화 한계를 타파한 빌드업 3D집적화 기술

【그림5. 트랜스퍼&빌트에 의한 3D집적】

【그림6)대 면적 웨이퍼를 이용한 GeOI웨이퍼의 실현】

4-3. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소 (2)백 엔드

【그림7.3차원 집적 시스템의 모식도】

(1) 나노 입자 퇴적법에 의한 원뿔 Au범프 형성 기술

【그림8. 나노 입자 퇴적법에 의한 원뿔 Au범프 형성 기술】

【그림9. 나노 입자 퇴적법에 의한 원뿔 Au범프의 미세 형성을 나타내는 SEM상】

(2) 국가 프로젝트의 3차원 집적기반기술의 연구개발

①초고밀도 전자 SI기술 프로젝트(1999~2002년도)

【그림10. 20µm미세피치 접속대응 Si인터포저】

②입체구조 신기능 집적회로(드림칩)기술개발 프로젝트(2008~2012년도)

【그림11. 3D집적 시스템의 전원무결성(PI)】

③차세대 스마트 디바이스 개발 프로젝트(2013~2017년도)

【그림12. 차세대 스마트 디바이스 개발 프로젝트의 성과와 의의】

④IoT추진을 위한 횡단 기술개발 프로젝트(2016~2020년도)

【그림13. 이면 매설 메탈 배선 기술을 부여한 논리 회로의 4단 적층】

【그림14. 이면 매설 배선과 TSV를 형성한 CMOS웨이퍼】

【그림15. 이면 매설 배선과 TSV의 단면 SEM상】

4-4. 국립대학법인 도쿄공업대학

(1) BBCube

【그림16. 범프리스 WOW프로세스】

【그림17. 웨이퍼 두께와 기기 특성】

【그림18. COW프로세스】

【그림19. WOW프로세스와 COW/WOW프로세스의 플로우】

(2) BBCube의 메모리에 적용

【그림20. BBCube의 메모리에 적용(1)】

【그림21. BBCube의 메모리에 적용(2)】

【그림22. 반도체 미세화와 집적기술의 진전】

4-5. 국립대학법인 도쿄대학

(1) 3D스택 아키텍처

【그림23. (왼쪽)기존 2D메모리 어레이, (오른쪽)본 연구에서 제안하는 3D집적 메모리 어레이에 의한 IMC 개념도】

【그림24. 3차원 RRAM 어레이 스태킹 아키텍처】

【그림25. 트랜지스터의 채널 재료의 이동도, (왼쪽)프로세스 온도에 대한 이동도, (오른쪽)가로 세로 비율에 대한 이동도】

【그림26. (왼쪽)RRAM과 IGZO트랜지스터로 구성된 메모리 셀의 페어에 의한 XNOR연산의 기본 유닛, (오른쪽)시작한 메모리 어레이 사진】

(2) IGZO FET&RRAM디바이스 구조

【그림27. IGZO-FET과 RRAM디바이스 단면 구조】

【그림28. IGZO FET 각 층의 단면 TEM상】

【그림29. RRAM 각 층의 단면 TEM상】

4-6. T-Micro 주식회사

(1) 3D LSI의 구성과 이점

【그림30. 기존 LSI와 3D LSI을 비교한 모식도】

(2) 3D LSI의 과제와 해결책

(3) 3D LSI에 필요한 기술과 재료

【그림31. 3D LSI을 실현하기 위한 기술과 재료】

①Via First

②Via Middle

③Via Last

【그림32. LSI제조 플로우와 TSV형성 프로세스】

【그림33. 웨이퍼/칩 접합기술】

【표 2. 적층방법】

(4) 마이크로 범프 접합을 사용한 적층형 Pixel detector 및 센서 기술

①마이크로 범프 접합기술

【그림34. 적층형 센서/detector 단면 모식도】

②NpD법을 사용한 Au원뿔 범프 접합

【그림35. NpD장치를 사용한 범프 형성 과정】

③적층형 픽셀형 검출기

【그림36. 픽셀형 입자 검출기】

【그림37. Au원뿔 범프를 사용한 검출기의 형성 프로세스 플로우】

5. 반도체 3D집적기술의 장래 전망

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≪ 주목 시장 포커스 ≫

기간 시스템의 클라우드화의 진전(116~125페이지)

~기간 시스템의 SaaS의 이용의향이 높아진다

2021년 이후 생산관리·판매관리를 포함한 클라우드화가 가속~

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1. 기간 시스템의 클라우드화 동향

1-1. 앙케트 조사결과로 본 메이커의 SaaS이용의향의 확대

【그림1. SaaS의 이용률과 차기 시스템 갱신 시의 SaaS도입 예정】

1-2. 기간 시스템의 SaaS이용에 관한 포인트

(1) 판매관리, 생산관리의 SaaS화

(2) SaaS의 개별 대응

2. 기업동향

2-1. 주식회사 EX

【그림2. Factory-ONE젠노공장 시리즈 전체 이미지】

(1) 클라우드제품의 제공 상황

(2) 향후 계획

2-2. freee주식회사

(1) 클라우드제품의 제공 상황

(2) 향후 계획

2-3. 후지쯔 주식회사

(1) 클라우드제품의 제공 상황

(2) 향후 계획

2-4. GRANDIT주식회사

(1) 클라우드제품의 제공 상황

(2) 향후 계획