Top 10 des entreprises informatiques non-siliconées

Du silicium aux nouvelles formes d’informatique

The computing industry was born when mechanical devices started to perform calculus that was, until then, reserved for the human brain. But it was with vacuum tubes and, later on, transistors that true computers started to be created.

La prochaine révolution a été les puces informatiques en silicium, avec une densité de transistors toujours croissante pour une puissance de calcul toujours plus grande.

Source: Mobile First

Actuellement, l’industrie des semi‑conducteurs expérimente des systèmes de plus en plus puissants pour créer des puces de 5 nm voire 2 nm. Cela nous rapproche d’un problème, car, à un moment donné, il ne sera plus possible d’utiliser des transistors en silicium toujours plus petits.

Un seul atome de silicium représente une limite théorique, mais des problèmes d’ingénierie pratiques feront probablement que cette limite sera atteinte avant.

Alors, la puissance de calcul s’arrêtera‑t‑elle ici ? Probablement pas.

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

Semi‑conducteurs non‑siliconés

A semiconductor is a material with the ability to switch between being conductive (transmits electric current, creates a “1” data in binary) or an isolant (blocks electric current, creates a “0” data in binary).

Le silicium a longtemps été le matériau de choix pour créer des puces semi‑conductrices, mais de nombreuses alternatives sont aujourd’hui explorées. Tout matériau présentant la propriété appelée « band gap » peut être un bon candidat.

Source: Energy Education

Dioxyde de vanadium

For a long time, vanadium dioxide has been seen as a good option to replace silicon. This is because it undergoes a phenomenon known as “undergoing metal‑insulator transitions,” which takes only a trillionth of a second.

La vitesse de la transition métal‑isolant devrait permettre des électroniques plus rapides et plus petites comparées aux électroniques classiques à base de silicium.

Des recherches récentes ont étudié le dioxyde de vanadium déposé sur un substrat de dioxyde de titane.

They also discovered that titanium dioxide can be a semiconductor as well. This discovery could allow for creating neuromorphic chips that could learn at the hardware level, taking inspiration from the brains of living systems with neurons.

Thanks to its very quick Insulator‑To‑Metal transition, vanadium dioxide with an active substrate of titanium dioxide could be used to create Mott neuron‑like spiking oscillators able to replicate at the hardware level biological neurons.

Graphène

Another good candidate is graphene, a 2D material with extremely high electric conductivity. It is even a potential superconductor and a “wonder material” whose properties are still being discovered in real‑time.

You can read more about the first‑ever successful efforts to make graphene into a semiconductor material in our article “Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?”

Matériaux organiques

According to a recent discovery, organic material could be forced to form a 2D structure similar to graphene. This could make them as ultra‑conductive as graphene, while naturally displaying semiconductor properties, contrary to graphene which has to be “forced to do so”.

You can learn more about this option in “Can Organic Semiconductors Combine the Benefits of Graphene & Silicon?”

Optimisation de la consommation d’énergie des semi‑conducteurs

An issue with using ever quicker and smaller transistors is the growing power consumption.

An alternative could be to use a technique called “redox gating.” This relies more on a chemical reaction (redox) and could drastically reduce power demand.

If the price of computing starts to rise from power costs more than the chips themselves, this is a solution we might see implemented as well. We explored the latest news on this topic in “Redox Gating Could Lead to New Levels of Efficiency in Tiny Electronics”.

Photonique

Alternative semiconductor materials try to replace silicon. But what if computing was done entirely without using electrons, transistors, and semiconductors?

This is the idea of photonics, looking to perform computing directly with light.

Light is the fastest thing in the universe, so it could be orders of magnitude quicker than silicon and semiconductor‑based computing.

In practice, photonics might still involve silicon but could also rely on crystals.

Due to light’s wave‑like nature, photonics design relies on curves and unique (and somewhat not technologically mature yet) design principles that differ from those used for semiconductors.

Source: Synopsis

Informatique quantique

Computing could also be performed by measuring not electric current but the quantum state of particles.

Instead of generating 0 and 1 (no current or current), it uses “quantum bits,” called qubits, where particle data is either 0 AND 1 at once, or 1, or 0.

Because of the fundamental difference in the calculation, quantum computing is not an alternative to “normal” computing but rather a complement.

Standard computing works linearly and struggles with very complex calculations, like climate modeling, cryptography, or the 3D configuration of complex molecules like proteins. And this is precisely the type of calculation that quantum computing is expected to excel at.

So, while maybe not replacing silicon, quantum computers could perform better tasks that were previously almost impossible for silicon chips.

You can read more about the latest news in quantum computing in our article “The Current State of Quantum Computing ”.

Organoïdes biologiques

Our brains are essentially supercomputers, at least when it comes to processes like pattern recognition, language, etc. And very efficient at that, consuming barely a few dozen watts.

A Swiss startup, FinalSpark has now developed a 0.5mm large sphere (organoids) made of 10,000 human neurons. And uses it to perform computation. The service will even be accessible through the cloud.

This is a very new field, and it is unclear yet how far it will go. But who knows, maybe one day our self‑driving devices will run on neurons instead of chips.

Top 10 des actions non‑siliconées

1. International Business Machines Corporation

International Business Machines Corporation (IBM ) (IBM) était la force motrice derrière la commercialisation du premier ordinateur mainframe. Cependant, elle a perdu du terrain face à d’autres géants technologiques comme Apple (AAPL ), TSMC et NVIDIA (NVDA ).

Elle est toutefois à la pointe du développement des ordinateurs quantiques. Par exemple, elle a développé son ordinateur quantique de 127 qubits “Eagle”, suivi d’un système de 433 qubits nommé “Osprey”.

Et cela est maintenant suivi de “Condor”, un processeur quantique superconducteur de 1 121 qubits basé sur la technologie du portail à résonance croisée, ainsi que “Heron”, un processeur quantique à la pointe du domaine.

IBM est impliquée dans la plupart des autres innovations de pointe en informatique et dans l’industrie des semi‑conducteurs. Cela inclut les matériaux organiques conducteurs, l’informatique neuromorphique, la photonique, etc.

Dans une certaine mesure, IBM est devenue une « entreprise de brevets » avec une expertise dans le développement de nouvelles méthodes informatiques et leur licence à l’industrie.

Jusqu’à présent, elle semble très déterminée à détenir autant de brevets clés dans toutes les méthodes informatiques non‑siliconées qu’elle peut obtenir, reproduisant son succès passé lorsqu’elle a contribué massivement au développement de l’industrie des semi‑conducteurs telle qu’elle est aujourd’hui.

2. Microsoft Corporation

Déjà leader des services cloud « normaux », Microsoft (MSFT ) est un pionnier dans l’offre de services cloud quantiques avec Azure Quantum.

Il est tout à fait possible que la plupart de l’informatique quantique du futur soit réalisée « à distance », en s’appuyant sur des services cloud comme ceux de Microsoft, plutôt que sur un accès direct à un ordinateur quantique.

Cela est particulièrement probable car la plupart des applications d’informatique quantique seront recherchées par des bio‑chimistes, des experts en science des matériaux, des climatologues et d’autres spécialistes n’ayant pas de formation spécifique en informatique quantique.

Il est donc plus logique de compter sur des professionnels dédiés travaillant chez IBM, Microsoft ou Google pour gérer la partie calcul plutôt que d’embaucher ou de former des personnes non formées à ce domaine.

Le service Microsoft propose « hybrid computing », mélangeant l’informatique quantique avec le service de super‑ordinateur cloud traditionnel.

Source: Microsoft

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

Source: Microsoft

Microsoft a également établi fin 2023 une collaboration avec Photonic, une société travaillant sur la fusion de l’informatique quantique et de la photonique.

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

L’informatique quantique n’est pas centrale pour le cœur de métier de Microsoft, du moins pour l’instant. Elle reste néanmoins un acteur majeur du secteur et pourrait constituer un choix d’action « plus sûr » comparé à l’acquisition directe d’actions de ses partenaires quantiques cotés en bourse, comme QCI ou Rigetti.

3. Alphabet Inc.

Google est très actif en informatique quantique, principalement via son laboratoire Google Quantum AI et le campus Quantum AI à Santa Barbara.

L’ordinateur quantique de Google a marqué l’histoire en 2019 lorsqu’il a affirmé avoir atteint la « suprématie quantique » avec sa machine Sycamore, réalisant un calcul en 200 secondes qui aurait pris 10 000 ans à un super‑ordinateur conventionnel.

Mais peut‑être que la plus grande contribution de Google sera dans le logiciel, un domaine où il possède un bien meilleur historique que le matériel (recherche, G Suite, Android, etc.). Le Quantum AI de Google propose déjà une suite de logiciels conçus pour aider les scientifiques à développer des algorithmes quantiques.

Google est également un partenaire actif de sociétés de photonique comme Lightmatter.

Google est susceptible d’être l’une des entreprises qui définiront les standards des logiciels et de la programmation quantiques, influençant ainsi la direction future du domaine. Son réseau puissant et son activité de capital‑risque lui donneront également une place dans toute autre forme d’informatique non‑siliconée.

4. Intel

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

Il a récemment publié « Tunnel Falls », le « chip de qubit spin silicium le plus avancé ». Ce qui est remarquable, c’est qu’il ne s’agit pas d’un prototype mais d’une puce fabriquée 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 quantiques, ce qui est encore difficile à réaliser dans une industrie naissante et en rapide évolution.

Source: Intel

Fidèle à ses racines, Intel développe également le logiciel permettant d’exploiter ses puces, avec la sortie du Intel Quantum SDK. Celui‑ci fournit des directives aux programmeurs pour développer des logiciels d’informatique quantique compatibles avec la conception des puces quantiques Intel, qui a historiquement constitué un atout très fort et rentable pour le cœur de métier des puces classiques d’Intel.

Source: Intel

L’arrivée d’une fabrication de puces quantiques évolutives pourrait être aussi révolutionnaire pour l’industrie que n’importe quelle autre percée scientifique technique, en réduisant les coûts et en établissant des standards communs de programmation et d’architecture de puces.

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

Dans l’ensemble, Intel progresse en informatique quantique et semble avoir une stratégie claire pour se concentrer sur ce sujet au détriment de la photonique et d’autres alternatives.

5. Nvidia

Le principal fabricant de cartes graphiques et, plus récemment, de plateformes de minage de cryptomonnaies et de puces IA est désormais passé d’un fabricant de pièces PC à l’un des géants technologiques mondiaux.

Nvidia est également active dans le domaine de l’informatique quantique, avec son NVIDIA DGX Quantum qui combine puces classiques et informatique quantique grâce à la plateforme logicielle CUDA quantum récemment rendue open‑source.

Source: Nvidia

Souhaitant renforcer son leadership en IA, Nvidia a également lancé son QuantumX‑800 pour le réseau optimisé IA dans les centres de données.

En ce qui concerne la photonique, Nvidia a conclu un partenariat avec TSMC et Broadcom.  Il cherchera à créer un module unique via l’optique co‑emballée (CPO) intégrant puces silicium classiques et photonique.

Dans l’ensemble, le succès de Nvidia est étroitement lié à l’actuel boom de l’IA, la photonique et l’informatique quantique étant secondaires. Cependant, elle bénéficiera également de la croissance de ces secteurs et semble déterminée à rester dans la course.

6. Quantinuum / Honeywell

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

Quantinuum semble, pour l’instant, se concentrer sur des segments moins explorés par d’autres systèmes quantiques, notamment les analyses financières et logistiques, grâce à son moteur Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), lancé en septembre 2023.

QMCI s’applique à des problèmes sans solution analytique, tels que le prix des dérivés financiers ou la simulation des résultats d’expériences de physique des particules à haute énergie, et promet des avancées computationnelles dans les secteurs de l’entreprise, de l’énergie, de la logistique de chaîne d’approvisionnement et d’autres domaines.

Comme Microsoft, l’informatique quantique n’est pas la partie centrale du business de Honeywell, qui se concentre davantage sur les produits aérospatiaux, l’automatisation et les produits chimiques et matériaux spécialisés.

Cependant, étant donné que chacun de ces segments pourrait bénéficier de l’informatique quantique, il n’est pas difficile de voir le cas d’affaires pour Honeywell de s’impliquer.

Ainsi, Honeywell devient à la fois un fournisseur de services d’informatique quantique et l’une des entreprises qui pourraient profiter de l’application des ordinateurs quantiques à des cas d’usage réels, ce que l’intégration de Quantinuum dans le groupe devrait favoriser à un rythme plus rapide que ses concurrents industriels.

7. Synopsys

Tout système photonique devra être intégré le plus harmonieusement possible avec les systèmes silicium, du moins au départ. Synopsys peut aider à cela.

L’entreprise est spécialisée dans la conception et la vérification silicium, ce qui signifie que son logiciel est utilisé pour concevoir de nouvelles puces, y compris des puces ultra‑avancées de 5 nm et moins.

L’entreprise propose également un logiciel pour la photonique décrit comme « le seul flux de conception sans couture de l’industrie pour les dispositifs photoniques, les systèmes et les circuits intégrés ». Cela permet de gérer la conception et la simulation de nouveaux dispositifs photoniques.

Source: Synopsis

The company has also developed a joint venture with Juniper Network to create OpenLight, a photonics company using indium phosphide.

8. Juniper Network

Juniper affirme offrir la solution sans fil native cloud n° 1 et le seul réseau Wi‑Fi piloté par IA. Cela le place directement en concurrence avec des géants plus anciens et établis comme Cisco. La technologie de Juniper, Juniper Mist, serait plus évolutive, plus flexible et meilleure en détection d’anomalies que les offres équivalentes de Cisco.

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

Source: Juniper

En matière de sécurité, Juniper montre également des résultats exceptionnels sur les pare‑feux, la défense contre les menaces et les exploits, surpassant la plupart des fournisseurs comme Fortinet (FTNT ), Palo Alto, Zscaler, etc.

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

Source: Synopsis

9. Rigetti Computing, Inc.

Riggeti est une société d’informatique quantique, « détenant la propriété intellectuelle critique pour notre processeur multi‑puce révolutionnaire et l’approche hybride quantique‑classique qui est devenue l’architecture dominante de l’informatique quantique ».

L’entreprise intègre toutes les étapes nécessaires à l’informatique quantique, de la conception et la fabrication des puces jusqu’à la livraison cloud de la puissance de calcul.

Source: Rigetti

L’entreprise se concentre moins sur l’ajout du plus grand nombre possible de qubits (comme le font les géants comme Intel) que sur la perfection de son produit existant et l’obtention d’un niveau très élevé de fidélité et de vitesse, ce qui en fait un produit commercial plus fiable.

Sa dernière itération, le processeur Ankaa‑3 de 84 qubits, devrait être dévoilée dans la seconde moitié de 2024. En s’appuyant sur le concept Ankaa, la société vise un système de plus de 336 qubits à long terme.

Source: Rigetti

En décembre 2023, Rigetti a commencé la vente du système de 9 qubits Novera, un « mini ordinateur quantique » vendu pour « seulement » 900 000 $ avec une livraison de 4‑6 semaines.

Les premiers clients comprenaient le SQMS Center de Fermilab, le Air Force Research Lab et Horizon Quantum (HQ ) Computing.

L’entreprise a annoncé au printemps 2024 qu’elle allait rejoindre l’indice Russell 3000.

10. IPG Photonics

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 employés, il expédie plus de 42 000 dispositifs laser par an.

Sa spécialité réside dans les lasers à fibre, offrant une grande précision et la capacité de produire des impulsions laser aussi courtes qu’un 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, notamment la découpe, le fraisage, le nettoyage de métaux et l’impression 3D laser.
• Micro‑traitement laser, où les lasers sont utilisés pour créer des structures ultra‑petites.

While advances in photonics chips will be required to create entirely photonics‑based computers, we already know that it will integrate a lot of a specific and already common component: lasers.

The light for photonic computing needs to be based on very stable light emitted by the laser. So leaders in the laser industry, like IPG, would benefit from a boom in laser demand from the semiconductor industry switching progressively to photonics.

And in that nascent segment, ultra‑short laser impulses can be turned into ultra‑fast computing power.