Υπολογιστική
Μπορεί τα Περβόκτιδες να είναι το κλειδί για την Φωτονική Υπολογιστική;
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Από την Ηλιακή Ενέργεια στη Φωτονική
Τα περβόκτιδες είναι ένας νέος τύπος υλικού που διερευνάται όλο και περισσότερο για το δυναμικό του στην ηλιακή ενέργεια. Τα κρυστάλλια ημιαγωγών θα μπορούσαν να είναι ακόμη πιο ισχυρά στην μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρισμό από τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ βασισμένα σε πυρίτιο.
Πηγή: iRocks
Αυτή είναι μια πιθανή μέθοδος βελτίωσης της τεχνολογίας ηλιακών πάνελ, που συζητήσαμε στο «Η Ηλιακή Εποχή — Ένα Φωτεινό Μέλλον για την Ανθρωπότητα». Τώρα φαίνεται ότι τα περβόκτιδες θα μπορούσαν ενδεχομένως να ανταγωνιστούν το πυρίτιο σε ένα άλλο πεδίο: την υπολογιστική.
Καθώς οι παραδοσιακοί πυριτιδικοί επεξεργαστές γίνονται όλο και μικρότεροι, η βιομηχανία αναζητά τρόπους να εκτελεί την υπολογιστική διαφορετικά. Μία τέτοια μέθοδος που εξετάζεται είναι η φωτονική, όπου το φως αντί για το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ο φορέας των δεδομένων για την εκτέλεση των υπολογισμών. Με αυτόν τον τρόπο, ο υπολογισμός μπορεί να γίνει με την ταχύτητα του φωτός, μειώνοντας την ανάγκη για τόσους πολλούς τρανζίστορ όπως στην παραδοσιακή ηλεκτρονική υπολογιστική.
Για να το επιτευχθεί, η προτεινόμενη μέθοδος κατασκευής συστημάτων φωτονικής υπολογιστικής περιλαμβάνει τη νανοκλίμακα χειρισμό του πυριτίου με βάση το laser και καλύτερα συστήματα μετατροπής φωτός-ήχου.
Η περισσότερη τεχνολογία φωτονικής αρχικά εστιάστηκε σε λύσεις βασισμένες σε πυρίτιο, καθώς αυτό είναι μακράν το υλικό που κατανοείται καλύτερα από τη βιομηχανία κατασκευής τσιπ.
Παρόλα αυτά, είναι λογικό ότι τα περβόκτιδες, ένα υλικό γνωστό για την ικανότητά του να διαχειρίζεται το φως και το ηλεκτρισμό ταυτόχρονα, θα αποτελέσουν εξαιρετική βάση για τη φωτονική υπολογιστική.
Διαμόρφωση Κρυστάλλων Περβόκτιδας Κατά Θέληση
Αυτή ήταν η λογική που ακολούθησαν οι ερευνητές της Σχολής Φυσικής του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας σε συνεργασία με άλλα ιδρύματα από την Πολωνία, την Ιταλία, την Ισλανδία και την Αυστραλία. Για να ανοίξουν το δρόμο για περαιτέρω πρόοδο στη φωτονική βασισμένη σε περβόκτιδες, δημιούργησαν έναν τρόπο για να «κόψουν» τους κρυστάλλους περβόκτιδας με ακρίβεια. Περιέγραψαν τη μέθοδό τους σε ένα άρθρο με τίτλο «Προσχεδιασμένοι κυματοδηγοί κρυστάλλων περβόκτιδας για συνάθλιση εξιτόν-πολικόνιου σε θερμοκρασία δωματίου και άκρια λέιζερ».
Το υλικό που χρησιμοποίησαν είναι ένας τύπος περβόκτιδας που ονομάζεται CsPbBr3 (σεσίου-μολυβδενίου-βρωμοειδούς). Διαθέτει μεγάλο δυναμικό για οπτικές εφαρμογές, χάρη στην χαμηλή ενέργεια που απαιτείται για μη γραμμική ενίσχυση του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι το υλικό αυτό μπορεί να ενισχύει και να διαμορφώνει το φως με πολύ μικρή κατανάλωση ενέργειας, ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της φωτονικής έναντι της ηλεκτρονικής.
Η μέθοδός τους κατάφερε να δημιουργήσει κρυστάλλους CsPbBr3 σε οποιοδήποτε σχήμα, από απλές γωνίες μέχρι ομαλές καμπύλες. Κάτι που συνήθως είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί στην κρυσταλλογραφία.
Επιπλέον, αυτοί οι κρύσταλλοι μπορούν να παραχθούν σε οποιοδήποτε υπόστρωμα, καθιστώντας τους συμβατούς με υπάρχουσες φωτονικές συσκευές. Έτσι, ενώ είναι καινοτόμοι, δεν απαιτούν την ανάπτυξη ενός εντελώς νέου πεδίου τεχνολογίας φωτονικής για να γίνουν χρήσιμοι.
Πώς το Πέρασαν
Πολλές από τις μεθόδους που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές για την ανάπτυξη των κρυστάλλων περβόκτιδας προέρχονται από μεθόδους γνωστές στη βιομηχανία ημιαγωγών. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούν αυστηρά ελεγχόμενη συγκέντρωση διαλύματος και θερμοκρασίες ανάπτυξης, διατηρώντας ταυτόχρονα μια ατμόσφαιρα κορεσμένων ατμών διαλύτη.
Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν σχεδόν ατομικά λείο πρότυπα γαλλίου-αρασενίου κατασκευασμένα με χρήση λυτράνισης ηλεκτρονικής δέσμης και πλάσματος. Το γαλλίου-αρασενίου είναι ένα γνωστό υλικό, ιδιαίτερα χρησιμοποιούμενο στην παραγωγή LED φωτισμού.
Χρησιμοποιώντας μια μικρορευστική προσέγγιση, κατάφεραν να καλλιεργήσουν τον κρύσταλλο σε στενά καλούπια πολυμερούς που μπορούν να αποτυπωθούν με οποιοδήποτε σχήμα από ένα πρότυπο.
Τι Μπορούν να Κάνουν οι Φωτονικές Περβόκτιδες;
Έλεγχος Ισχύος πάνω στο Φως
Οι κρύσταλλοι παρουσίασαν επίσης ισχυρές μη γραμμικές οπτικές επιδράσεις. Η μη γραμμική οπτική μας επιτρέπει να αλλάζουμε το χρώμα και το σχήμα μιας δέσμης φωτός στο χώρο και το χρόνο και να δημιουργούμε τα πιο σύντομα γεγονότα που έχουν δημιουργηθεί ποτέ από τον άνθρωπο — όλα φαινόμενα που είναι πολύ χρήσιμα για τη φωτονική υπολογιστική.
Κβαντικές Επιπτώσεις
Το φως που εκπέμπεται από τον κρύσταλλο περβόκτιδας παράγεται από μια πολύ ειδική κατάσταση της ύλης που ονομάζεται συνάθλιση Μπόζ-Αϊνστάιν.
Πηγή: UCSB Physics Department
Αυτή η 5η κατάσταση της ύλης (εκτός από στερεό, αέριο, υγρό και πλάσμα) είναι όπου πολλά άτομα μπορούν να συμπεριφέρονται ως κύμα αντί για κανονική ύλη. Με αυτή την έννοια, κάνει πολλά άτομα να συμπεριφέρονται όπως συνήθως μόνο τα υποατομικά σωματίδια, καθιστώντας τις κβαντικές επιδράσεις ορατές σε σχεδόν μακροσκοπική κλίμακα.
Αυτή η κατάσταση των κρυστάλλων περβόκτιδας δημιούργησε ένα συνάθλιση εξιτόν-πολικόνιου, έναν συγκεκριμένο υποτύπο της συνάθλισης Μπόζ-Αϊνστάιν.
Έτσι, τα παρατηρούμενα μη γραμμικά φαινόμενα πιθανότατα συνδέονται με αλληλεπιδράσεις εντός του συνάθλισης.
Χάρη στις μοναδικές ιδιότητες των δομών περβόκτιδας, η συνάθλιση μπορεί να ταξιδέψει μεγάλες αποστάσεις εντός των κρυστάλλων, και το εκπεμπόμενο φως μπορεί να διαδοθεί μέσω κενών αέρα σε γειτονικές δομές.
Dr. Helgi Sigurðsson – Faculty of Physics University of Warsaw
Η δυνατότητα δημιουργίας και χειρισμού αυτής της συνάθλισης Μπόζ-Αϊνστάιν κατά βούληση δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να εκπέμπουν και να διασκορπίζουν το φως με πολύ ακριβή τρόπο.
Αυτό θα είναι πραγματικά χρήσιμο για την ανάπτυξη αξιόπιστων και υψηλής απόδοσης φωτονικών τσιπ.
Προσομοιώσεις για Καλύτερη Πρόβλεψη
Η ερευνητική εργασία εξηγεί επίσης πώς, χάρη σε πολύπλοκους υπολογισμούς, κατάφεραν να δημιουργήσουν μια προσομοίωση τρισδιάστατων δομών πολύπλοκου σχήματος, και την επίδρασή τους στις φωτονικές λειτουργίες, καθώς και να δείξουν πώς σχηματίζεται η εικόνα τους.
“Η ανακάλυψη επιτρέπει τη χρήση τους σε συμπαγή συστήματα «εντός τσιπ» που μπορούν να διαχειριστούν τόσο κλασικές όσο και κβαντικές εργασίες υπολογισμού.
Προβλέπουμε ότι οι ανακαλύψεις μας θα ανοίξουν το δρόμο σε μελλοντικές συσκευές που μπορούν να λειτουργούν στο επίπεδο των μεμονωμένων φωτονίων, ενσωματώνοντας νανολασέρ με κυματοδότες και άλλα στοιχεία σε ένα ενιαίο τσιπ.
Prof. Michał Matuszewski – Center for Theoretical Physics of the Polish Academy of Sciences
Έτσι, η μελλοντική εργασία θα μπορεί να προβλέπει οπτικά φαινόμενα χρήσιμα για τη φωτονική και τη μετάδοση δεδομένων χωρίς ηλεκτρικά σήματα.
Μελλοντικές Εφαρμογές
Φωτονικός-Κβαντικός Υπολογιστής
Ένα βασικό πλεονέκτημα της χρήσης αυτών των ανακαλύψεων σε περβόκτιδες είναι ότι αυτοί οι κρύσταλλοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε θερμοκρασία δωματίου.
Αυτό είναι πολύ σημαντικό, καθώς κανονικά τα φαινόμενα από τις συνάθλισεις Μπόζ-Αϊνστάιν είναι παρατηρήσιμα μόνο σε θερμοκρασίες ελάχιστα πάνω από το απόλυτο μηδέν. Το οποίο προφανώς τα καθιστά λιγότερο πρακτικά και χρήσιμα για οποιαδήποτε «κανονική» υπολογιστική.
Αυτό θα μπορούσε επίσης να γεφυρώσει το όριο μεταξύ κβαντικής υπολογιστικής και φωτονικής, με ενδεχόμενα μελλοντικά συστήματα υπολογιστών που θα χρησιμοποιούν και τα δύο ταυτόχρονα.
Αυτό περιλαμβάνει πολύ προχωρημένες έννοιες όπως η μη γραμμική φωτονική ως κυματοδότες, ζεύκτες, διαχωριστές και διαμορφωτές.
Υπολογιστική Σιλικόνης-Περβόκτιδας
Μια άλλη ιδιότητα αυτών των νέων, ακριβώς ρυθμισμένων κρυστάλλων περβόκτιδας είναι η συμβατότητά τους με υποστρώματα πυριτίου και γαλλίου-αρασενίου. Έτσι μπορούν να συνδυαστούν εύκολα με υπάρχουσες τεχνολογίες ημιαγωγών πυριτίου και άλλων υλικών.
Αυτό θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το χάσμα μεταξύ της τρέχουσας τεχνολογίας υπολογιστών και της υιοθέτησης της φωτονικής, με τη φωτονική να αναπτυχθεί και να υιοθετηθεί πρώτα για περιορισμένες εφαρμογές, αντί να απαιτείται αρχικά ένας εντελώς νέος τύπος παράλληλου τεχνολογικού συνόλου.
Επένδυση σε Περβόκτιδες & Φωτονική
Χάρη στις προϋπάρχουσες εφαρμογές στην ηλιακή ενέργεια και την υπολογιστική, οι περβόκτιδες και η φωτονική μπορούν ήδη να επενδυθούν, ακόμη και αν βρίσκονται στα άκρα των επιστημών υλικών και της καινοτομίας στην υπολογιστική.
Μπορείτε να επενδύσετε σε εταιρείες φωτονικής μέσω πολλών χρηματιστών, και μπορείτε να βρείτε εδώ, στο securities.io, τις προτάσεις μας για τους καλύτερους χρηματιστές στις ΗΠΑ, τον Καναδά, την Αυστραλία και το Ηνωμένο Βασίλειο, καθώς και σε πολλές άλλες χώρες.
Αν δεν ενδιαφέρεστε να επιλέξετε συγκεκριμένες εταιρείες φωτονικής, μπορείτε επίσης να εξετάσετε ETFs όπως το Global X Cloud Computing ETF (CLOU), το Defiance Quantum ETF (QTUM), ή το ProShares Nanotechnology ETF (TINY), τα οποία θα προσφέρουν πιο διαφοροποιημένη έκθεση για να εκμεταλλευτείτε τη βιομηχανία φωτονικής.
Μπορείτε επίσης να διαβάσετε το άρθρο μας για τις «Κορυφαίες 10 Εταιρείες Υπολογιστών χωρίς Πυρίτιο».
Εταιρείες Φωτονικής
1. JABIL
JBL Διάγραμμα τιμής
Στο τέλος του 2023, η Intel (INTC ) αποφάσισε να αποχωρίσει την επιχείρηση φωτονικής της στην κατασκευή ημιαγωγών Jabil (JBL).
Πιο συγκεκριμένα, απέκτησε την τεχνολογία μετατροπέα σιλικόνης φωτονικής της Intel, η οποία μπορεί να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ οπτικών σημάτων και ηλεκτρικών σημάτων στο πυρίτιο.
«Τα modules της Intel χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση Ethernet switches σε μεγάλα data centers, αλλά καθώς η ζήτηση για εύρος ζώνης αυξάνεται, η εταιρεία αναμένει ότι η σιλικόνη φωτονική σε συνδυασμό με ASIC switches θα παρέχει την πυκνότητα εύρους ζώνης που απαιτείται για την κλιμάκωση των μελλοντικών δικτύων data center.
Η Jabil είναι εξαιρετικά καλά τοποθετημένη για να υποστηρίξει πελάτες καθώς ενσωματώνουν καινοτόμες τεχνολογίες στα data centers τους για να ανταποκριθούν στις αυξανόμενες απαιτήσεις γύρω από την ισχύ και το ψύξη που προωθούνται από την τεχνητή νοημοσύνη.
Matt Crowley, Ανώτερος Αντιπρόεδρος του Jabil για το cloud και την επιχειρησιακή υποδομή
Αυτό έφερε επιπλέον πνευματική ιδιοκτησία στο τμήμα φωτονικής της εταιρείας, το οποίο ήδη εμπορευματοποιεί τεχνολογίες βασισμένες στη φωτονική:
- Λύσεις προσάρτησης οπτικών ινών: ενεργή ευθυγράμμιση, παθητική ευθυγράμμιση, μονή ίνα, διάταξη ινών.
- Λύσεις συναρμολόγησης: pick-and-place, δέσμευση πακέτου, σύνδεση καλωδίου, flip chip, επαναθέρμανση.
- Εφαρμογή και Διαχείριση Εποξικού: επιλογή, χαρακτηρισμός, χορήγηση.
- Λύσεις εγκλεισμού: χρυσό κουτί, φράγμα-γέμισμα, glob-top.
- Οπτική ελεύθερου χώρου: φακοί/διάταξη φακών, διαμορφωτές δέσμης, διαχωριστές, διασκορπιστές, κυματοδότες.
Η Jabil διαθέτει διαφοροποιημένη επιχειρηματική δραστηριότητα, με έσοδα πολλών δισεκατομμυρίων από αυτοκινητοβιομηχανίες, υγειονομική περίθαλψη & συσκευασία, βιομηχανικές εταιρείες, ασύρματη τεχνολογία 5G κ.λπ. Συνολικά $27,5 δισεκατομμύρια εσόδων το 2024.
Η εταιρεία θα μπορούσε να ωφεληθεί σημαντικά από καλύτερη τεχνολογία φωτονικής, λαμβάνοντας υπόψη τον προϋπάρχοντα ρόλο της στην παραγωγή διαχωριστών, διαμορφωτών κ.λπ. για διατάξεις φωτός.
Η πνευματική ιδιοκτησία της Intel θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στη γεφύρωση του χάσματος μεταξύ πυριτίου και φωτός που εκπέμπεται από κρυστάλλους περβόκτιδας.
Καθώς η ζήτηση για διασύνδεση τσιπ αυξάνεται για εφαρμογές AI, αυτό θα μπορούσε να είναι η πρώτη μεγάλη επιτυχία της φωτονικής, με ρόλο στη διασύνδεση (ακόμη) της υπολογιστικής βασισμένης σε πυρίτιο με το οπτικό δίκτυο βασισμένο στη φωτονική.
2. II-VI Marlow / Coherent
COHR Διάγραμμα τιμής
Η Coherent είναι ένα μεγάλο βιομηχανικό συγκρότημα με πάνω από 26.000 υπαλλήλους και ηγέτης στην τεχνολογία laser, που προήλθε από τη συγχώνευση του προχωρημένου υλικού II-VI (COHR ) Marlow με τον κατασκευαστή laser Coherent.
Η εταιρεία είναι ειδική σε προχωρημένα υλικά που χρησιμοποιούνται σε lasers, οπτικά και φωτονικά, όπως το ινδίου φωσφορικό, τα επαφικά wafer και το γαλλίου-αρασενίου.
Αναπτύχθηκε σημαντικά χάρη σε πολλαπλές εξαγορές την τελευταία δεκαετία.
Πηγή: Coherent
Η εταιρεία αντλεί το 29% των εσόδων της από lasers, ενώ το υπόλοιπο συνδέεται με συναφή εξοπλισμό όπως οπτικές ίνες, ηλεκτρονικά και οργανοληπτικά.
Πηγή: Coherent
Η παρουσία της εταιρείας σε προχωρημένα υλικά όπως η θερμοφωτοβολταϊκή (που συζητήσαμε σε προηγούμενο άρθρο), το πυρίτιο καρβίδιο, τα lasers και τα ηλεκτρονικά, τη βοηθά να επωφεληθεί από δομικές τάσεις όπως η ανάπτυξη της ακριβούς κατασκευής, η προσθετική κατασκευή (3D printing), η ηλεκτροκίνηση και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Η εταιρεία έχει πρόσφατα διαχωρίσει την επιχείρηση πυριτίου καρβιδίου της σε μια νέα οντότητα, στην οποία το 75% ανήκει στην Coherent, ενώ το υπόλοιπο κατέχεται εξίσου από τους συνεργάτες της Mitsubishi Electric (που προσφέρει πνευματική ιδιοκτησία ισχύος πυριτίου καρβιδίου) και Denso (που φέρνει τη δραστηριότητά του ως προμηθευτής αυτοκινήτων στην ηλεκτροκίνηση και τα ημιαγωγικά ισχύος).
