Top 10 des sociétés informatiques sans silicium

Du silicium aux nouvelles formes d’informatique

L’industrie informatique est née lorsque les appareils mécaniques ont commencé à effectuer des calculs jusqu’alors réservés au cerveau humain. Mais c’est avec les tubes à vide et, plus tard, avec les transistors, que de véritables ordinateurs ont commencé à être créés.

La révolution suivante fut celle des puces informatiques en silicium, avec une densité de transistors toujours croissante pour une puissance de calcul toujours croissante.

Actuellement, l’industrie des semi-conducteurs expérimente des systèmes de plus en plus puissants pour créer des puces dans la gamme 5 nm et même 2 nm. Cela nous rapproche de plus en plus d’un problème : à un moment donné, il ne sera plus possible d’utiliser des transistors en silicium de plus en plus petits.

Un seul atome de silicium constitue une limite théorique, mais des problèmes d’ingénierie pratiques permettront probablement d’y parvenir avant ce seuil.

Alors, la puissance de calcul va-t-elle cesser de progresser à partir de maintenant ? Probablement pas.

Cependant, la solution consistera à effectuer des calculs en utilisant des principes entièrement nouveaux. Il existe en fait de nombreuses façons potentielles d’effectuer des calculs sans recourir aux transistors en silicium. Nous pouvons examiner les idées les plus prometteuses sans entrer dans les détails techniques.

Semi-conducteurs sans silicium

Un semi-conducteur est un matériau ayant la capacité de basculer entre être conducteur (transmet le courant électrique, crée une donnée « 1 » en binaire) ou isolant (bloque le courant électrique, crée une donnée « 0 » en binaire).

Le silicium est le matériau de choix pour créer des puces semi-conductrices, mais de nombreuses alternatives sont désormais explorées. Tout matériau présentant la propriété appelée bande interdite peut être un bon candidat.

Dioxyde de Vanadium

Depuis longtemps, le dioxyde de vanadium est considéré comme une bonne option pour remplacer le silicium. En effet, il subit un phénomène connu sous le nom de « transitions métal-isolant », qui ne prend qu'un milliardième d'une seconde.

La vitesse de transition métal-isolant devrait permettre une électronique plus rapide et plus petite par rapport à l’électronique classique à base de silicium.

Des recherches récentes ont réussi à étudier le dioxyde de vanadium déposé sur un substrat de dioxyde de titane.

Ils ont également découvert que le dioxyde de titane pouvait également être un semi-conducteur. Cette découverte pourrait permettre de créer des puces neuromorphiques capables d’apprendre au niveau matériel, en s’inspirant des cerveaux de systèmes vivants dotés de neurones.

Grâce à sa transition isolant-métal très rapide, le dioxyde de vanadium avec un substrat actif de dioxyde de titane pourrait être utilisé pour créer Oscillateurs à pointes de type neurone Mott capable de répliquer au niveau matériel des neurones biologiques.

Le graphène

Un autre bon candidat est le graphène, un matériau 2D doté d’une conductivité électrique extrêmement élevée. Il s’agit même d’un supraconducteur potentiel et d’un « matériau miracle » dont les propriétés sont encore en cours de découverte en temps réel.

Vous pouvez en savoir plus sur les tout premiers efforts réussis pour transformer le graphène en matériau semi-conducteur dans notre article «Semi-conducteurs en graphène – Sont-ils enfin là ? »

Matières organiques

Selon une découverte récente, la matière organique pourrait être forcée de former une structure 2D similaire au graphène. Cela pourrait les rendre aussi ultra-conducteurs que le graphène, tout en présentant naturellement des propriétés semi-conductrices, contrairement au graphène qui doit être « forcé à le faire ».

Vous pouvez en savoir plus sur cette option dans «Les semi-conducteurs organiques peuvent-ils combiner les avantages du graphène et du silicium ? »

Optimisation de l'utilisation de l'énergie des semi-conducteurs

Un problème lié à l’utilisation de transistors toujours plus rapides et plus petits est la consommation croissante d’énergie.

Une alternative pourrait être d’utiliser une technique appelée « gating redox ». Cela repose davantage sur une réaction chimique (redox) et pourrait réduire considérablement la demande d’énergie.

Si le prix de l’informatique commence à augmenter davantage en raison des coûts d’énergie que des puces elles-mêmes, c’est une solution que nous pourrions également voir mise en œuvre. Nous avons exploré les dernières nouvelles sur ce sujet dans «Le Redox Gating pourrait conduire à de nouveaux niveaux d’efficacité dans les petits appareils électroniques ».

Photonics

Des matériaux semi-conducteurs alternatifs tentent de remplacer le silicium. Mais et si l’informatique se faisait entièrement sans utiliser d’électrons, de transistors et de semi-conducteurs ?

C’est l’idée de la photonique, qui consiste à effectuer des calculs directement avec la lumière.

La lumière est la chose la plus rapide de l’univers, elle pourrait donc être plusieurs fois plus rapide que l’informatique basée sur le silicium et les semi-conducteurs.

Dans la pratique, la photonique pourrait encore impliquer le silicium mais pourrait aussi compter sur les cristaux.

En raison de la nature ondulatoire de la lumière, la conception photonique repose sur des courbes et des principes de conception uniques (et pas encore technologiquement matures) qui diffèrent de ceux utilisés pour les semi-conducteurs.

Informatique quantique

L’informatique pourrait également être réalisée en mesurant non pas le courant électrique mais l’état quantique des particules.

Au lieu de générer 0 et 1 (pas de courant ni de courant), il utilise des « bits quantiques », appelés qubits, où les données de particules sont soit 0 ET 1 à la fois, soit 1, soit 0.

En raison de la différence fondamentale de calcul, l’informatique quantique n’est pas une alternative à l’informatique « normale » mais plutôt un complément.

L’informatique standard fonctionne de manière linéaire et peine à effectuer des calculs très complexes, comme la modélisation climatique, la cryptographie ou la configuration 3D de molécules complexes comme les protéines. Et c’est précisément dans ce type de calcul que l’informatique quantique devrait exceller.

Ainsi, même s’ils ne remplacent peut-être pas le silicium, les ordinateurs quantiques pourraient effectuer de meilleures tâches qui étaient auparavant presque impossibles pour les puces en silicium.

Vous pouvez en savoir plus sur les dernières actualités en matière d’informatique quantique dans notre article «L'état actuel de l'informatique quantique ».

Organoïdes biologiques

Nos cerveaux sont essentiellement des superordinateurs, du moins lorsqu'il s'agit de processus comme la reconnaissance de formes, le langage, etc. Et très efficaces, consommant à peine quelques dizaines de watts.

Une startup suisse, FinalSpark, a développé une grande sphère (organoïdes) de 0.5 mm composée de 10,000 XNUMX neurones humains. Et l'utilise pour effectuer des calculs. Le service sera même accessible via le cloud.

Il s’agit d’un domaine très nouveau, et on ne sait pas encore jusqu’où il ira. Mais qui sait, peut-être qu’un jour nos appareils autonomes fonctionneront grâce à des neurones plutôt qu’à des puces.

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Top 10 des actions sans silicium

1. International Business Machines Corporation

International Business Machines Corporation (IBM) a été le principal moteur de la commercialisation du premier ordinateur central. Cependant, il a pris du retard en termes de volume de production par rapport à d'autres géants de la technologie comme Apple, TSMC et NVIDIA.

Il est pourtant à la pointe du développement des ordinateurs quantiques. Par exemple, elle a développé son ordinateur quantique « Eagle » de 127 qubits, qui a été suivi par un système de 433 qubits appelé « Osprey ».

Et c'est maintenant suivi de « Condor », un processeur quantique supraconducteur de 1,121 XNUMX qubits basé sur la technologie des portes à résonance croisée, associé à « Heron », un processeur quantique à la pointe du domaine.

IBM est impliqué dans la plupart des autres innovations de pointe dans l'industrie informatique et des semi-conducteurs. Ceux-ci inclus matériaux organiques conducteurs, calcul neuromorphique, photonique, etc.

Dans une certaine mesure, IBM est devenue une « société de brevets » possédant une expertise dans le développement de nouvelles méthodes informatiques et l'octroi de licences à l'industrie.

Jusqu’à présent, il semble très déterminé à détenir autant de brevets clés dans toutes les méthodes informatiques sans silicium qu’il peut obtenir, reproduisant ainsi son succès passé en contribuant massivement au développement de l’industrie des semi-conducteurs pour en faire le géant qu’elle est aujourd’hui.

2. Microsoft Corporation

Déjà leader des services cloud « normaux », Microsoft est un pionnier dans l'offre de services cloud d'informatique quantique avec Azur Quantum.

Il est tout à fait possible que la plupart des calculs quantiques du futur soient réalisés « à distance », en s’appuyant sur des services cloud comme celui de Microsoft, au lieu d’un accès direct à un ordinateur quantique.

Cela est d’autant plus probable que la plupart des applications de l’informatique quantique seront étudiées par des biochimistes, des experts en science des matériaux, des climatologues et d’autres spécialistes sans expérience spécifique en informatique quantique.

Il est donc plus logique de s'appuyer sur des professionnels dévoués travaillant dans des entreprises comme IBM, Microsoft ou Google pour gérer la partie informatique que d'embaucher ou de former des personnes non formées dans ce domaine.

Offres de services Microsoft « informatique hybride », mélangeant l'informatique quantique avec un service de supercalculateur traditionnel basé sur le cloud.

Au lieu d'une intégration verticale, l'approche de Microsoft en matière d'informatique quantique a consisté à établir des partenariats avec des leaders du domaine couvrant pratiquement toutes les technologies possibles pour réaliser l'informatique quantique, comme IonQ (IONQ), Pascal, quantique, QCI (QUBT), et Rigetti (RGTI).

Microsoft aussi a établi fin 2023 une collaboration avec Photonique, une entreprise travaillant sur la fusion de l’informatique quantique et de la photonique.

Microsoft a également travaillé sur des puces photoniques analogiques pour le secteur financier.

L'informatique quantique n'est pas au cœur des activités de Microsoft, du moins pour l'instant. Elle n'en demeure pas moins un acteur majeur du secteur et pourrait constituer un choix d'action plus sûr que l'acquisition directe d'actions de ses partenaires en informatique quantique cotés en bourse, comme QCI ou Rigetti.

3. Alphabet Inc.

Google est très actif dans le domaine de l'informatique quantique, principalement via son laboratoire Google Quantum AI et son campus Quantum AI à Santa Barbara.

L'ordinateur quantique de Google est entré dans l'histoire en 2019 lorsque Google a affirmé avoir atteint la « suprématie quantique » avec sa machine Sycamore, effectuant en 200 secondes un calcul qui aurait pris 10,000 XNUMX ans à un superordinateur conventionnel.

Mais la plus grande contribution de Google sera peut-être dans le domaine du logiciel, un domaine dans lequel il a un bien meilleur bilan que le matériel (recherche, GSuit, Android, etc.). L'IA quantique de Google met déjà à disposition une suite de logiciels conçus pour aider les scientifiques à développer des algorithmes quantiques.

Google est aussi un bailleur de fonds actif d’entreprises de photonique comme Lightmatter.

Google sera probablement l'une des sociétés qui établiront les normes en matière de logiciels et de programmation pour l'informatique quantique, offrant ainsi une place privilégiée pour déterminer les orientations futures du domaine. Son puissant réseau et son activité de capital-risque donneront probablement également une place à toute autre forme d’informatique non basée sur le silicium.

4. Intel

Intel est un important producteur de puces et semble vouloir exploiter cette force dans le domaine de l’informatique quantique.

Il a récemment publié « Tunnel Falls », la « puce qubit de spin en silicium la plus avancée ». Ce qui est remarquable, c'est qu'il ne s'agit pas d'un prototype mais d'une puce construite à grande échelle, avec un taux de rendement de 95 % sur la tranche et une uniformité de tension. Cela ouvre la voie à la production de masse de puces informatiques quantiques, ce qui est pour l’instant insaisissable dans une industrie naissante et en évolution rapide.

Fidèle à ses racines, Intel développe également les logiciels permettant d'utiliser ses puces, avec la sortie du Kit de développement logiciel Intel Quantum. Cela fournit aux programmeurs les lignes directrices pour développer des logiciels pour l'informatique quantique compatibles avec la conception des puces quantiques Intel, qui a toujours été un atout commercial très solide et rentable pour l'activité de puces conventionnelles d'Intel.

L’arrivée d’une fabrication évolutive de puces quantiques pourrait être aussi révolutionnaire pour l’industrie que toute autre avancée scientifique plus technique, réduisant les coûts et établissant des normes de programmation et des architectures de puces communes.

Fin 2023, Intel a décidé céder son activité photonique à Jabil (JBL).

Dans l’ensemble, Intel fait des progrès dans le domaine de l’informatique quantique et semble avoir une stratégie claire pour se concentrer sur ce sujet avant la photonique et d’autres alternatives.

5. Nvidia

Le principal fabricant de cartes graphiques et, plus récemment, de plates-formes de minage de crypto-monnaie et de puces d'IA, est désormais véritablement passé d'un fabricant de pièces pour PC à l'un des géants mondiaux de la technologie.

Nvidia est également actif dans le domaine de l'informatique quantique, avec son NVIDIA DGX Quantique combinant des puces normales et l’informatique quantique à l’aide de la nouvelle plate-forme logicielle quantique open source CUDA.

Cherchant à renforcer son avance en matière d'IA, Nvidia a également publié son QuantumX-800 pour une mise en réseau optimisée par l'IA dans les centres de données.

En matière de photonique, Nvidia a noué un partenariat avec TSMC et Broadcom. Il cherchera à créer un module unique grâce à une optique co-packagée (CPO) intégrant des puces de silicium classiques et de la photonique.

Globalement, le succès de Nvidia est étroitement lié à l'essor actuel de l'IA, l'informatique quantique et la photonique venant en deuxième position. Cependant, l'entreprise bénéficiera également de la croissance de ces secteurs et semble bien positionnée pour rester dans la course.

6. Quantinum / Honeywell

Quantinuum est le résultat de la fusion de Honeywell Quantum Solutions et de Cambridge Quantum (et, comme mentionné, un partenaire du cloud computing quantique de Microsoft).

Quantinuum semble, pour l'instant, se concentrer sur des segments moins explorés par d'autres systèmes informatiques quantiques, notamment les analyses financières et liées à la chaîne d'approvisionnement, via son moteur Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), lancé en septembre 2023.

QMCI s'applique à des problèmes qui n'ont pas de solution analytique, tels que la tarification des dérivés financiers ou la simulation des résultats d'expériences de physique des particules à haute énergie, et promet des avancées informatiques dans les domaines des affaires, de l'énergie, de la logistique de la chaîne d'approvisionnement et d'autres secteurs.

Comme Microsoft, l'informatique quantique n'est pas la partie centrale de l'activité d'Honeywell, qui est davantage centrée sur les produits de l'aérospatiale, de l'automatisation et des produits chimiques et matériaux spécialisés.

Cependant, étant donné que chacun de ces secteurs d’activité pourrait bénéficier de l’informatique quantique, il n’est pas difficile de voir l’intérêt commercial de Honeywell à s’impliquer.

Cela fait donc d'Honeywell à la fois un fournisseur de services d'informatique quantique et l'une des entreprises qui pourraient bénéficier de l'application des ordinateurs quantiques à des analyses de rentabilisation réelles, ce que l'intégration de Quantinuum dans le groupe devrait contribuer à favoriser à un rythme plus rapide que son activité industrielle. concurrents.

7. Synopsys

Tout système photonique devra être intégré de la manière la plus transparente possible aux systèmes au silicium, du moins dans un premier temps. Synopsys peut vous aider.

L'entreprise est spécialisée dans la conception et la vérification du silicium, ce qui signifie que ses logiciels sont utilisés pour concevoir de nouvelles puces, notamment puces ultra-avancées de 5 nm et inférieures.

La société propose également des logiciels pour la photonique décrits comme «Le seul flux de conception transparent de l'industrie pour les dispositifs, systèmes et circuits intégrés photoniques». Cela permet de gérer le unique et simulation de nouveaux appareils photoniques.

La société a également développé une coentreprise avec Juniper Network pour créer Lumière ouverte, une entreprise de photonique utilisant du phosphure d'indium.

8. Réseau Juniper

Juniper affirme offrir la solution sans fil cloud native n° 1 et le seul réseau Wi-Fi piloté par l'IA. Cela le place en concurrence directe avec des géants plus anciens et plus établis comme Cisco. La technologie de Juniper, Juniper Mist, est présentée comme plus évolutive. flexible et meilleur pour la détection des anomalies que les offres équivalentes de Cisco.

Les solutions de l'entreprise s'appuient fortement sur l'IA, avec son moteur d'IA « Marvis » utilisé à tous les niveaux du réseau, de l'utilisateur au centre de données.

En ce qui concerne la sécurité, Juniper affiche également des résultats exceptionnels en matière de pare-feu, de défense contre les menaces et de défense contre les exploits, surpassant la plupart des fournisseurs comme Fortinet, Palo Alto, Zscaler, etc.

Juniper propose également Circuits intégrés photoniques (PIC), qui sont actuellement principalement utilisés pour la transmission de données et les capteurs. Ils devraient faire partie intégrante des futurs ordinateurs basés sur la photonique.

9. Rigetti Informatique, Inc.

Riggeti est une société d'informatique quantique, "posséder une propriété intellectuelle critique pour notre processeur multipuce révolutionnaire et l'approche hybride quantique-classique qui est devenue l'architecture informatique quantique prédominante. ».

L'entreprise intègre toutes les étapes nécessaires à l'informatique quantique, depuis la conception et la fabrication des puces jusqu'à la fourniture de la puissance de calcul dans le cloud.

La société ne se concentre pas tant sur l’ajout d’autant de qubits que possible (comme le font des géants comme Intel) mais sur le perfectionnement de son produit existant et l’atteinte d’un niveau très élevé de fidélité et de vitesse, ce qui en fait un produit commercial plus fiable.

Sa dernière itération, l'Ankaa-84 de 3 qubits, devrait être dévoilée au second semestre 2024. Basée sur le concept Ankaa, la société vise un système de plus de 336 qubits à long terme.

En décembre 2023, Rigetti a commencé les ventes du Système Novera à 9 qubits, un « mini ordinateur quantique » vendu « seulement » 900,000 4 $ et une livraison de 6 à XNUMX semaines.

Les premiers clients comprenaient le centre SQMS du Fermilab, l'Air Force Research Lab et Horizon Quantum Computing.

L'entreprise a annoncé au printemps 2024 qu'elle rejoignez l'indice Russel 3000.

10. Photonique IPG

IPG est un fabricant de lasers qui produit pratiquement tous les types de lasers, y compris les lasers à fibre, à diode, UV et UV profond. Avec 6,200 42,000 employés, elle expédie plus de XNUMX XNUMX appareils laser par an.

Sa spécialité réside dans les lasers à fibre, avec des niveaux de précision élevés et la capacité de produire des impulsions laser aussi courtes qu'une femtoseconde (un quadrillionième de seconde).

Les lasers IPG sont actuellement utilisés pour :

• Applications scientifiques avancées (spectroscopie, microscopie, interférométrie, piégeage optique, etc.)
• Fabrication de batteries et de moteurs électriques pour véhicules électriques.
• Traitement des matériaux, en particulier la découpe, la sculpture, le nettoyage et l'impression laser 3D de métaux.
• Microtraitement laser, où les lasers sont utilisés pour créer des structures ultra-petites.

Même si des progrès dans le domaine des puces photoniques seront nécessaires pour créer des ordinateurs entièrement basés sur la photonique, nous savons déjà qu’ils intégreront une grande partie d’un composant spécifique et déjà courant : les lasers.

La lumière utilisée pour le calcul photonique doit être basée sur une lumière très stable émise par le laser. Ainsi, les leaders de l’industrie du laser, comme IPG, bénéficieraient d’un boom de la demande de laser provenant de l’industrie des semi-conducteurs qui se tournerait progressivement vers la photonique.

Et dans ce segment naissant, les impulsions laser ultra-courtes peuvent être transformées en puissance de calcul ultra-rapide.