TL;DR

  • 미국 상무부가 IBM이 설립한 양자 파운드리 Anderon에 최대 10억 달러의 연구개발(R&D) 지원금을 확정하고 IBM도 10억 달러와 지식재산, 자산, 전문 인력을 투입해 양자 칩 제조 서비스를 구축함.
  • Albany NanoTech의 기존 시설을 활용해 300밀리미터 생산 규모 라인에서 첫 웨이퍼를 생산 중이며, IBM은 이 라인으로의 연구개발 이전 후 칩 개발 속도가 두 배, 물리적 복잡성이 열 배 증가했다고 밝힘.
  • Anderon은 공정 설계 키트(PDK), 맞춤형 제조, 고객 지식재산 보호와 중립적 운영을 내세우며, 자동화 공정으로 제조 편차를 줄이는 방안을 제시함.
  • Rigetti Computing은 수율 약 50%인 자체 수동 제조 시설을 운영하면서도 Anderon과 협의 중이며, 관심 이유로 생산 능력보다 제조 역량을 꼽음.
  • Anderon의 성패는 IBM 외부의 지속적인 수요와 설계 사양이 까다로워질 때의 수율에 달려 있으며, 양자 기술별 공정 개발과 다른 파운드리 모델과의 경쟁도 과제로 남음.

상무부 지원으로 출범한 Anderon

  • 미국 상무부가 올해 초 IBM이 설립한 양자 파운드리 Anderon에 최대 10억 달러 규모의 CHIPS 및 과학법 연구개발 지원금을 확정함. 9월 16일 발표된 지원은 IBM과 다른 양자 하드웨어 개발자를 위한 제조 서비스를 뒷받침함.
  • IBM은 지원금에 현금 10억 달러를 대응 투입하고 지식재산, 자산, 숙련 인력을 제공함.
  • 뉴욕주 올버니에 본사를 둔 Anderon은 IBM이 5년 넘게 양자 웨이퍼를 제조해 온 Albany NanoTech의 기존 사업을 기반으로 함. 최고경영자(CEO) Mukesh Khare에 따르면 기존 인프라 덕분에 Anderon은 가동을 시작할 수 있었으며, 첫 웨이퍼가 이미 생산 규모의 300밀리미터 라인을 통과 중임.
  • Khare는 양자 컴퓨팅이 “과학에서 실제 상업적 영향으로 지금 이동 중”이며, 이에 따라 업계에 양자 칩을 제조할 더 안정적인 공급원이 필요하다고 말함.
  • Anderon이 성공하면 각 기업이 기반 하드웨어를 위한 수십억 달러 규모 공장을 따로 건설하지 않고 칩 설계에 집중하도록 해, 기존 칩 분야에서 TSMC가 한 역할을 양자 하드웨어 분야에서 맡을 가능성이 있음.

자동화 양자 파운드리가 제공할 수 있는 것

  • IBM은 2021년부터 양자 웨이퍼 연구개발의 상당 부분을 뉴욕주 요크타운하이츠 IBM Research 본부의 200밀리미터 제조 실험실에서 올버니의 300밀리미터 라인으로 옮긴 결과, 칩 개발 속도가 두 배로 빨라지고 칩의 물리적 복잡성이 열 배 증가했다고 밝힘.
  • 24시간 가동으로 제조 주기가 짧아졌으며, 첨단 제조 기술로 더 복잡한 배선과 큐비트 연결이 가능해짐.
  • Anderon은 Albany NanoTech의 제조 역량과 IBM이 2016년부터 양자 시스템 90대 이상을 배치한 경험을 활용함. 이제 남은 과제는 이 역량을 외부 설계자에게도 제공하는 것임.
  • 잠재 고객에는 자체 제조 시설이 없는 프로세서 개발사, 시스템 구축사, 국립 연구소가 포함됨. 수동 칩 제조 시설을 보유한 기업도 자동화 파운드리에 제조를 위탁하는 방안을 고려할 수 있음.
  • 또 다른 CHIPS법 연구개발 지원금 수혜 기업인 Rigetti Computing도 Anderon과 협의 중이라고 CEO Subodh Kulkarni가 밝힘.
  • Rigetti는 현재 캘리포니아주 프리몬트의 수동 제조 시설에서 150밀리미터 웨이퍼로 프로세서를 생산함. Kulkarni는 수율이 약 50%라고 추산하며, 사양이 자주 바뀌는 연구개발에는 “충분히 괜찮은” 수준이라고 말함.
  • Anderon은 Rigetti 같은 기업이 자체 칩 개발을 이어가는 데 활용할 수 있는, 더 안정적인 자동화 칩 생산을 약속함. Kulkarni는 “생산 능력 때문이 아니라 역량 때문”이라며 이를 매우 매력적으로 평가함.
  • 기존 실리콘 파운드리처럼 Anderon은 자사 제조 공정을 이용하는 설계자가 따라야 할 규칙을 명시하는 공정 설계 키트(PDK)를 제공할 계획임. Khare는 “설계는 고객이 하고, 제조는 우리가 함”이라고 설명함.
  • 맞춤화도 가능하며, Anderon은 IBM의 경쟁사를 포함한 고객의 지식재산을 보호하고 중립적으로 운영할 계획임.

초전도 큐비트 제조의 재현성

  • 이 사업 모델이 작동하려면 예측 가능한 제조가 필요함. 초전도 큐비트의 핵심 부품인 조셉슨 접합(Josephson junction)은 두 초전도체 사이에 얇은 절연 장벽을 둔 구조임.
  • 접합 면적과 장벽 두께의 편차는 임계 전류와 큐비트 주파수를 바꿀 수 있으며, 원치 않는 주파수 중첩을 일으키고 칩 수율을 낮출 가능성이 있음.
  • Anderon의 자동화 라인은 반복 가능한 패터닝, 증착, 산화 공정과 공정 중 검사를 통해 편차를 관리하고 공정 드리프트를 식별하는 데 도움이 될 수 있음. 다만 고객이 큐비트 성능의 실제 개선 정도를 측정해야 한다고 Kulkarni는 말함.
  • Anderon의 최신 세대 300밀리미터 양자 웨이퍼.
  • 제조 장비 상당수는 실리콘 칩에 쓰이는 장비와 겹치지만, 초전도 회로에는 특수 소재와 공정 단계가 필요함. Anderon은 초전도 큐비트 배열, 마이크로파 부품, 실리콘 관통 연결을 내세움.
  • 트랩 이온이나 광자 큐비트 같은 다른 양자 기술로 제조 역량을 넓히려면 추가 공정 개발이 필요하지만, Anderon은 아직 관련 세부 사항을 공개하지 않음.
  • 네덜란드 델프트공과대학교의 Lieven Vandersypen은 반도체 스핀 큐비트는 기존 칩 생산 라인에서 이미 제조할 수 있지만, 초전도 큐비트에는 새로운 개발이 필요할 수 있는 특수 공정이 요구된다고 설명함.
  • Vandersypen에 따르면 전용 양자 시설은 비용을 분산하고 양자 장치에 최적화된 공정 개발을 지원할 수 있음. 그는 이러한 전환을 이해하는 일이 “시의적절하고 중요함”이라고 말함.

양자 파운드리 모델의 경쟁과 수요

  • 제조 역량만으로 Anderon이 양자 컴퓨팅 분야의 TSMC가 되는 것은 아님. IBM을 넘어 지속적인 수요를 확보해야 함.
  • 설계자에게는 다른 선택지도 있음. Vandersypen은 자체 웨이퍼 규모 시설에 투자하는 QuantWare와 대량 제조를 추진하기보다 시제품 양자 칩을 공급하는 벨기에 imec을 사례로 듦.
  • Vandersypen은 “어떤 모델이 우세할지는 시간이 말해줄 것임. 두 모델이 공존할 수도 있음”이라고 말함.

미국 양자 산업 지원과 남은 과제

  • 상무부는 세계 양자 시장에서 미국의 경쟁력을 강화하기 위해 여러 접근법을 지원 중임. Anderon 지원금이 현재까지 최대 규모이며, 상무부는 GlobalFoundries에 최대 3억 7,500만 달러, Rigetti, D-Wave, Quantinuum, PsiQuantum에 각각 최대 1억 달러를 확정함.
  • 해당 지원금은 여러 양자 아키텍처의 제조를 뒷받침하며 판독 전자 장치, 극저온 장치, 초전도 소재, 광학 부품, 광자 패키징의 병목을 다룸. 공동 웨이퍼 제조는 더 광범위한 엔지니어링 노력의 한 부분임.
  • Khare는 연말까지 외부 고객에게 웨이퍼를 공급할 수 있다고 말함. Rigetti 같은 잠재 고객에게 관건은 칩이 점점 더 까다로워지는 설계 요구를 얼마나 안정적으로 충족하는지임.
  • Kulkarni는 “사양을 더 엄격하게 하면 수율이 어떻게 될까?”라고 물음.