Top 10 ikke-silicium computing virksomheder

Fra silicium til nye former for databehandling

Computerindustrien blev født, da mekaniske enheder begyndte at udføre beregninger, der indtil da var forbeholdt den menneskelige hjerne. Men det var med vakuumrør og senere transistorer, at ægte computere begyndte at blive skabt.

Den næste revolution var silicium computerchips med stadigt voksende transistortæthed for stadigt voksende regnekraft.

Kilde: Mobile First

I øjeblikket eksperimenterer halvlederindustrien med stadig stærkere systemer til at skabe chips i 5nm- og endda 2nm-området. Dette bringer os stadig tættere på et problem, da det på et tidspunkt ikke længere vil være muligt at bruge mindre og mindre siliciumtransistorer.

Et enkelt siliciumatom er en teoretisk grænse, men praktiske tekniske problemer vil nok få det til at ske før den tærskel.

Så vil computerkraft holde op med at udvikle sig herfra? Sikkert ikke.

Løsningen vil dog være at udføre beregninger ved hjælp af helt nye principper. Der er faktisk mange potentielle måder at udføre databehandling på uden at stole på siliciumtransistorer. Vi kan se på de mest lovende ideer uden at gå ind i de tekniske detaljer.

Ikke-silicium halvledere

En halvleder er et materiale med evnen til at skifte mellem at være ledende (transmitterer elektrisk strøm, skaber en "1" data i binær) eller en isolant (blokerer elektrisk strøm, skaber en "0" data i binær).

Silicium har været det valgte materiale til at skabe halvlederchips, men masser af alternativer undersøges nu. Ethvert materiale, der viser egenskaben kaldet band gap, kan være en god kandidat.

Kilde: Energiuddannelse

Vanadiumdioxid

I lang tid har vanadiumdioxid været set som en god mulighed for at erstatte silicium. Dette skyldes, at det gennemgår et fænomen kendt som "undergår metal-isolator overgange", som kun tager en trilliontedel af et sekund.

Hastigheden af ​​metal-isolator overgangen bør give mulighed for hurtigere og mindre elektronik sammenlignet med klassisk silicium-baseret elektronik.

Nyere forskning har formået at studere vanadiumdioxid aflejret på et substrat af titaniumdioxid.

De opdagede også, at titaniumdioxid også kan være en halvleder. Denne opdagelse kunne give mulighed for at skabe neuromorfe chips, der kunne lære på hardwareniveau, ved at hente inspiration fra hjernerne i levende systemer med neuroner.

Takket være dens meget hurtige isolator-til-metal-overgang kunne vanadiumdioxid med et aktivt substrat af titaniumdioxid bruges til at skabe Mott neuron-lignende spiking oscillatorer i stand til at replikere biologiske neuroner på hardwareniveau.

Graphene

En anden god kandidat er grafen, et 2D-materiale med ekstrem høj elektrisk ledningsevne. Det er endda en potentiel superleder og et "vidundermateriale", hvis egenskaber stadig bliver opdaget i realtid.

Du kan læse mere om den første succesrige indsats nogensinde for at gøre grafen til et halvledermateriale i vores artikel "Grafen-halvledere – er de her endelig?"

Organiske materialer

Ifølge en nylig opdagelse kunne organisk materiale tvinges til at danne en 2D-struktur, der ligner grafen. Dette kunne gøre dem lige så ultraledende som grafen, mens de naturligt viser halvlederegenskaber, i modsætning til grafen, som skal "tvinges til at gøre det".

Du kan lære mere om denne mulighed i "Kan organiske halvledere kombinere fordelene ved grafen og silicium?"

Optimering af halvleders strømforbrug

Et problem med at bruge stadigt hurtigere og mindre transistorer er det voksende strømforbrug.

Et alternativ kunne være at bruge en teknik kaldet "redox gating". Dette afhænger mere af en kemisk reaktion (redox) og kan drastisk reducere strømbehovet.

Hvis prisen på computere begynder at stige fra strømomkostninger mere end selve chipsene, er dette en løsning, vi måske også ser implementeret. Vi udforskede de seneste nyheder om dette emne i "Redox gating kan føre til nye niveauer af effektivitet i lille elektronik".

Fotonik

Alternative halvledermaterialer forsøger at erstatte silicium. Men hvad nu hvis databehandling blev udført helt uden at bruge elektroner, transistorer og halvledere?

Dette er ideen om fotonik, der søger at udføre databehandling direkte med lys.

Lys er den hurtigste ting i universet, så det kan være størrelsesordener hurtigere end silicium- og halvlederbaseret databehandling.

I praksis, fotonik kan stadig involvere silicium men kunne også stole på krystaller.

På grund af lysets bølgelignende natur er fotonikdesign afhængigt af kurver og unikke (og til dels teknologisk ikke modne endnu) designprincipper, der adskiller sig fra dem, der anvendes til halvledere.

Kilde: Synopsis

Quantum Computing

Beregning kunne også udføres ved at måle ikke elektrisk strøm, men partiklernes kvantetilstand.

I stedet for at generere 0 og 1 (ingen strøm eller strøm), bruger den "kvantebits", kaldet qubits, hvor partikeldata er enten 0 OG 1 på én gang eller 1 eller 0.

På grund af den grundlæggende forskel i beregningen er kvanteberegning ikke et alternativ til "normal" beregning, men snarere et komplement.

Standard computing fungerer lineært og kæmper med meget komplekse beregninger, såsom klimamodellering, kryptografi eller 3D-konfigurationen af ​​komplekse molekyler som proteiner. Og det er netop den type beregning, som kvanteberegning forventes at udmærke sig ved.

Så selvom de måske ikke erstatter silicium, kunne kvantecomputere udføre bedre opgaver, som tidligere var næsten umulige for siliciumchips.

Du kan læse mere om de seneste nyheder inden for kvanteberegning i vores artikel "Den nuværende tilstand af kvanteberegning".

Biologiske organoider

Vores hjerner er i bund og grund supercomputere, i det mindste når det kommer til processer som mønstergenkendelse, sprog osv. Og meget effektiv til det, og forbruger knap et par dusin watt.

En schweizisk startup, FinalSpark har nu udviklet en 0.5 mm stor kugle (organoider) lavet af 10,000 menneskelige neuroner. Og bruger det til at udføre beregninger. Tjenesten vil endda være tilgængelig via skyen.

Dette er et meget nyt felt, og det er endnu uklart, hvor langt det vil gå. Men hvem ved, måske en dag vil vores selvkørende enheder køre på neuroner i stedet for chips.

Top 10 ikke-silicium lager

1. International Business Machines Corporation

International Business Machines Corporation (IBM) var den førende kraft bag kommercialiseringen af ​​den første mainframe-computer. Det er dog kommet bagud i produktionsvolumen for andre teknologigiganter som Apple, TSMC og NVIDIA.

Det er dog på forkant med udviklingen af ​​kvantecomputere. For eksempel udviklede den sin 127-qubit "Eagle" kvantecomputer, som blev efterfulgt af et 433-qubit-system kendt som "Osprey".

Og det er nu efterfulgt af "Condor", en 1,121 superledende qubit kvanteprocessor baseret på cross-resonance gate-teknologi, sammen med "Heron", en kvanteprocessor helt på kanten af ​​feltet.

IBM er involveret i de fleste andre banebrydende innovationer inden for computer- og halvlederindustrien. Disse omfatter bl.a ledning af organiske materialer, neuromorf computing, fotonikOsv

I et vist omfang er IBM blevet en "patentvirksomhed" med ekspertise i at udvikle nye computermetoder og licensere dem til industrien.

Indtil videre ser det ud til at være meget fast besluttet på at have så mange nøglepatenter inden for alle de ikke-siliciumberegningsmetoder, det kan få, hvilket replikerer dens tidligere succes, når den bidrager massivt til at udvikle halvlederindustrien til den gigant, den er i dag.

2. Microsoft Corporation

Allerede førende inden for "normale" cloud-tjenester, er Microsoft en pioner inden for at tilbyde kvantecomputer-skytjenester med Azure Quantum.

Det er fuldt ud muligt, at det meste kvanteberegning i fremtiden vil foregå "fjernt" og afhænge af cloud-tjenester som Microsofts i stedet for direkte adgang til en kvantecomputer.

Dette er især sandsynligt, da de fleste af kvanteberegningsapplikationerne vil blive forsket af biokemikere, materialevidenskabelige eksperter, klimaforskere og andre specialister uden specifik baggrund inden for kvanteberegning.

Så det giver mere mening at stole på dedikerede fagfolk, der arbejder hos firmaer som IBM, Microsoft eller Google, til at håndtere computerdelen end at ansætte eller uddanne folk, der ikke er uddannede til området.

Microsoft servicetilbud "hybrid computing", der blander kvantecomputere med traditionel cloud-baseret supercomputertjeneste.

Kilde: microsoft

I stedet for vertikal integration har Microsofts tilgang til kvanteberegning været at etablere partnerskaber med førende inden for området, der dækker stort set alle de teknologier, der er mulige for at opnå kvanteberegning, som f.eks. IonQ (IONQ), Pasqal, Kvantinuum, QCI (QUBT), og Rigetti (RGTI).

Kilde: microsoft

Microsoft også etableret i slutningen af ​​2023 et samarbejde med fotoniske, en virksomhed, der arbejder på at fusionere kvantecomputere og fotonik.

Microsoft har også arbejdet på analoge fotoniske chips til finansindustrien.

Kvanteberegning er ikke central for Microsofts forretning, i hvert fald ikke for nu. Det er ikke desto mindre en central aktør i sektoren og kan være et "sikrere" aktievalg frem for direkte at købe aktier i sine kvanteberegningspartnere, der er børsnoterede, såsom QCI eller Rigetti.

3. Alfabet Inc.

Google er meget aktiv inden for kvantecomputere, for det meste gennem sit Google Quantum AI-laboratorium og Quantum AI-campus i Santa Barbara.

Googles kvantecomputer skrev historie i 2019, da Google hævdede at have opnået "kvanteoverherredømme" med sin Sycamore-maskine, hvor de udførte en beregning på 200 sekunder, der ville have taget en konventionel supercomputer 10,000 år.

Men måske vil Googles største bidrag være inden for software, en aktivitet hvor de har en langt bedre track record end hardware (søgning, GSuit, Android osv.). Googles kvante-AI stiller allerede en softwarepakke til rådighed, der er designet til at hjælpe forskere med at udvikle kvantealgoritmer.

Google er også en aktiv støtte til fotonikvirksomheder som Lightmatter.

Google vil sandsynligvis være en af ​​de virksomheder, der sætter standarderne for kvantecomputersoftware og -programmering, hvilket giver et privilegeret sted at lede, hvor feltet vil udvikle sig i fremtiden. Dets kraftfulde netværk og VC-aktivitet vil sandsynligvis også give en plads i enhver anden ikke-silicium-baseret form for computing.

4. Intel

Intel er en stor chipproducent og ser ud til at have som mål at udnytte denne styrke til kvantecomputere.

Den er udgivet for nylig "Tunnel Falls", den "mest avancerede silicium spin qubit chip". Det bemærkelsesværdige ved det er, at det ikke er en prototype, men en chip bygget i skala, med en 95% udbyttegrad på tværs af waferen og ensartet spænding. Dette åbner vejen for masseproduktion af kvantecomputerchips, noget som for øjeblikket er uhåndgribeligt i en begyndende og hurtigt skiftende industri.

Kilde: Intel

Trofast mod sine rødder udvikler Intel også softwaren til at udnytte sine chips, med udgivelsen af Intel Quantum SDKDette giver programmører retningslinjer for at udvikle software til kvanteberegning, der er kompatibel med Intels kvantechipdesign, som historisk set har været en meget stærk og profitabel forretningsmæssig gevinst for Intels konventionelle chipforretning.

Kilde: Intel

Ankomsten af ​​skalerbar produktion af kvantechips kan være lige så revolutionerende for industrien som ethvert andet mere teknisk videnskabeligt gennembrud, reducere omkostningerne og sætte fælles programmeringsstandarder og chiparkitekturer.

I slutningen af ​​2023 besluttede Intel at afhænde sin fotonikvirksomhed til Jabil (JBL).

Generelt gør Intel fremskridt inden for kvantecomputere og ser ud til at have en klar strategi for at fokusere på dette emne over fotonik og andre alternativer.

5. Nvidia

Den førende producent af grafikkort og, for nylig, cryptocurrency-minerigge og AI-chips har nu for alvor udviklet sig fra en pc-deleproducent til en af ​​de globale teknologigiganter.

Nvidia er også aktiv i kvanteberegningsområdet med sine NVIDIA DGX Quantum kombinerer normale chips og kvantecomputere ved hjælp af den nyligt åbne CUDA kvantesoftwareplatform.

Kilde: Nvidia

På udkig efter at forstærke sit forspring inden for AI, har Nvidia også frigivet sin QuantumX-800 til AI-optimeret netværk i datacentre.

Når det kommer til fotonik, Nvidia har indgået et partnerskab med TSMC og Broadcom. Det vil se ud til at skabe et enkelt modul gennem co-packaged optics (CPO), der integrerer klassiske siliciumchips og fotonik.

Samlet set er Nvidias succes tæt forbundet med det nuværende AI-boom, og kvanteberegning og fotonik kommer på andenpladsen. Nvidia vil dog også drage fordel af væksten i disse sektorer og ser ud til at holde fast i kapløbet.

6. Quantinuum / Honeywell

Quantinuum er resultatet af fusionen af ​​Honeywell Quantum Solutions og Cambridge Quantum (og som nævnt en partner til Microsoft quantum cloud computing).

Quantinuum ser i øjeblikket ud til at fokusere på segmenter, der er mindre udforsket af andre kvantecomputersystemer, især finansielle og forsyningskæde-relaterede analyser, gennem sin Quantum Monte Carlo Integration (QMCI) motor, der blev lanceret i september 2023.

QMCI gælder for problemer, der ikke har nogen analytisk løsning, såsom prissætning af finansielle derivater eller simulering af resultaterne af højenergipartikelfysiske eksperimenter, og lover beregningsmæssige fremskridt på tværs af forretning, energi, logistik i forsyningskæden og andre sektorer.

Ligesom Microsoft er kvanteberegning ikke den centrale del af Honeywells forretning, som er mere centreret omkring produkter inden for luftfart, automation samt specialkemikalier og -materialer.

Men i betragtning af at hvert enkelt af disse forretningssegmenter kunne drage fordel af kvanteberegning, er det ikke svært at se forretningscasen for Honeywell at blive involveret.

Så dette gør Honeywell til både en udbyder af kvantecomputertjenester og en af ​​de virksomheder, der kunne drage fordel af anvendelsen af ​​kvantecomputere til virkelige forretningscases, noget integrationen af ​​Quantinuum i koncernen burde bidrage til at fremme i et hurtigere tempo end dets industrielle konkurrenter.

7. Synopsys

Ethvert fotonisk system skal integreres så sømløst som muligt med siliciumsystemer, i det mindste i begyndelsen. Synopsys kan hjælpe med dette.

Virksomheden er specialist i siliciumdesign og -verifikation, hvilket betyder, at dets software bruges til at designe nye chips, herunder ultra-avancerede 5nm-chips og derunder.

Virksomheden tilbyder også software til fotonik beskrevet som "Branchens eneste problemfri designflow til fotoniske enheder, systemer og integrerede kredsløb”. Dette giver mulighed for at håndtere design og simulation af nye fotonikenheder.

Kilde: Synopsis

Virksomheden har også udviklet et joint venture med Juniper Network for at skabe OpenLight, et fotonikfirma, der bruger indiumphosphid.

8. Juniper netværk

Juniper hævder at tilbyde den førende cloud-native trådløse løsning og det eneste AI-drevne WiFi-netværk. Dette sætter dem i direkte konkurrence med ældre og mere etablerede giganter som Cisco. Junipers teknologi, Juniper Mist, hævdes at være mere skalerbar, fleksibel og bedre til at opdage anomalier end Ciscos tilsvarende tilbud.

Virksomhedens løsninger er i høj grad afhængige af AI, hvor AI-motoren “Marvis” anvendes på alle netværksniveauer, fra bruger til datacenter.

Kilde: Juniper

Med hensyn til sikkerhed viser Juniper også fremragende resultater på firewalls, trusselsforsvar og forsvar mod udnyttelser, der overgår de fleste leverandører som Fortinet, Palo Alto, Zscaler osv.

Juniper tilbyder også Photonic Integrated Circuits (PIC'er), som i øjeblikket mest bruges til datatransmission og sensorer. De forventes at være en integreret del af fremtidige fotonik-baserede computere.

Kilde: Synopsis

9. Rigetti Computing, Inc.

Riggeti er en kvantecomputervirksomhed, "ejer kritisk IP til vores banebrydende multi-chip-processor og den hybride kvante-klassiske tilgang, der er blevet den fremherskende kvantecomputerarkitektur.".

Virksomheden integrerer alle de nødvendige trin til kvanteberegning, fra chipdesign og fremstilling op til cloud-levering af computerkraften.

Kilde: Rigetti

Virksomheden fokuserer ikke så meget på at tilføje så mange qubits som muligt (som giganter som Intel gør), men på at perfektionere deres eksisterende produkt og opnå et meget højt niveau af troskab og hastighed, hvilket gør det til et mere pålideligt kommercielt produkt.

Dens seneste iteration, 84-qubit Ankaa-3, forventes at blive afsløret i anden halvdel af 2024. Baseret på Ankaa-konceptet sigter virksomheden efter et 336+ qubit-system på længere sigt.

Kilde: Rigetti

I december 2023 startede Rigetti salget af 9-qubit system Novera, en "mini kvantecomputer", der sælges for "kun" $900,000 og en 4-6 ugers levering.

De første kunder omfattede Fermilabs SQMS Center, Air Force Research Lab og Horizon Quantum Computing.

Selskabet meddelte i foråret 2024, at det ville slutte sig til Russel 3000 Index.

10. IPG fotonik

IPG er en laserproducent, der producerer stort set alle typer lasere, inklusive fiber-, diode-, UV- og dybe UV-lasere. Med 6,200 ansatte sender den mere end 42,000 laserenheder om året.

Dens speciale er fiberlasere, med høje niveauer af præcision og evnen til at lave laserimpulser så korte som et femtosekund (en kvadrilliontedel af et sekund).

IPG lasere bruges i øjeblikket til:

• Avancerede videnskabelige applikationer (spektroskopi, mikroskopi, interferometri, optisk fangst osv.)
• Fremstilling af elbiler og batterier.
• Materiel behandling, især metalskæring, udskæring, rengøring og 3D-laserprint.
• Laser mikrobehandling, hvor lasere bruges til at skabe ultrasmå strukturer.

Mens fremskridt inden for fotonikchips vil være påkrævet for at skabe helt fotonik-baserede computere, ved vi allerede, at det vil integrere en masse af en specifik og allerede almindelig komponent: lasere.

Lyset til fotonisk databehandling skal være baseret på meget stabilt lys, der udsendes af laseren. Så ledere i laserindustrien, som IPG, ville drage fordel af et boom i laserefterspørgsel fra halvlederindustrien, der gradvist skifter til fotonik.

Og i det begyndende segment kan ultrakorte laserimpulser omdannes til ultrahurtig computerkraft.