Komputasi
Nanoteknologi Mendorong Batas Kemampuan Komputasi dengan Kecepatan dan Efisiensi
Teknologi komputasi canggih membuat kemajuan besar dalam mencapai kecepatan tinggi dan konsumsi daya rendah.
Pencapaian kunci dalam bidang ini termasuk arsitektur silikon novel yang menggunakan desain lapisan untuk membangun chip yang lebih cepat dan lebih kecil dengan biaya yang lebih rendah. Sementara itu, komputasi fotonik menggunakan gelombang cahaya untuk memproses dan menyimpan data. Dengan kecepatan cahaya yang tidak dapat dikalahkan, ini dapat menawarkan kecepatan tinggi dan latensi rendah.
Kemudian, ada komputasi biologis, di mana informasi dienkripsi dan disimpan dalam sel biologis, didorong oleh kemajuan yang dibuat dalam nanobioteknologi. Komputasi kuantum juga menawarkan potensi signifikan, memecahkan masalah kompleks lebih cepat daripada komputer saat ini dengan memanfaatkan superposisi kuantum, keterkaitan, dan interferensi.
Selain itu, komputasi neuromorfik meniru sistem saraf otak kita untuk melakukan komputasi paralel; komputasi awan memindahkan pemrosesan ke lokasi jauh atau virtual; dan komputasi edge memindahkan pemrosesan dari fasilitas terpusat lebih dekat ke pengguna akhir.
Semua perkembangan ini dalam teknologi komputasi, yang fokus pada alat dan sistem untuk memproses, menyimpan, dan mengkomunikasikan data, telah menyebabkan kemajuan luar biasa dalam bidang termasuk kecerdasan buatan (AI) dan analitik data.
Penelitian yang sedang berlangsung dalam bidang ini telah menyebabkan inovasi yang terus-menerus dan cepat dalam teknik komputasi, dengan para ilmuwan sekarang pergi lebih dalam untuk mencapai hasil yang lebih baik, lebih cepat, dan lebih efisien.
Terobosan dalam Fabrikasi Nanoskala Laser di Silikon
Peneliti dari Universitas Bilkent, Turki, baru-baru ini mencapai terobosan yang signifikan dengan mengembangkan teknik untuk memfabrikasi nanostruktur di dalam wafer silikon.
Metode baru ini memungkinkan nanofabrikasi di dalam silikon melalui modulasi cahaya spasial dan denyut laser, menciptakan nanostruktur canggih yang akan menguntungkan elektronik dan fotonik.
Studi ini berfokus pada silikon, dasar dari elektronik, fotonik, dan fotovoltaik. Sebagai semikonduktor, konduktivitas listrik silikon terletak di antara isolator dan konduktor murni. Ini adalah elemen kedua yang paling melimpah di kerak bumi, memiliki sifat logam dan non-logam. Selain itu, sifat listrik silikon yang sangat baik, termasuk celah energi yang relatif kecil, membuatnya menjadi bahan penting dalam industri semikonduktor.
Namun, silikon telah terbatas pada nanofabrikasi tingkat permukaan karena kesulitan yang ditimbulkan oleh teknik litografi yang ada. Metode saat ini tidak dapat menembus permukaan wafer tanpa menyebabkan perubahan atau terbatas oleh resolusi litografi laser. Selain itu, teknik yang ada tidak memungkinkan modulasi presisi tinggi di dalam wafer.
Jika perangkat dapat dibuat langsung di dalam massa logam tanpa mengubah permukaan atas atau bawah wafer, itu akan menetapkan standar baru.
Tentu saja, itu berarti melewati semua tantangan batas resolusi fabrikasi lebih dari 1 mikron sambil mencapai kontrol nanoskala multi-dimensi di dalam wafer. Melakukannya, bagaimanapun, akan menjadi kemajuan ajaib, memungkinkan fotonik 3D dan fungsionalitas baru dan memimpin ke metasurface di dalam Si.
Penelitian terbaru dilanjutkan untuk mengeksploitasi balok laser yang dimodulasi spasial dan umpan balik anisotropik dari struktur subsurface yang telah terbentuk sebelumnya untuk mencapai ini. Ini memungkinkan tim untuk membangun kemampuan nanofabrikasi yang terkendali di dalam Si dengan memanipulasi materi pada skala nanometer.
Untuk menjelaskan, tim Bilkent mengatasi tantangan efek optik kompleks di dalam wafer dan batas difraksi inheren cahaya laser dengan menggunakan denyut laser unik, yang dibuat dengan memodulasi spasial. Denyut laser yang dimodulasi spasial sesuai dengan fungsi Bessel.
Efek penghamburan optik, yang telah menghalangi deposisi energi yang presisi, kemudian diatasi oleh sifat balok laser khusus yang tidak mengalami difraksi. Sifat tidak mengalami difraksi ini dibuat dengan teknik proyeksi holografik canggih, yang memungkinkan lokalisasi energi yang presisi. Ini menyebabkan nilai tekanan dan suhu yang cukup tinggi untuk memodifikasi materi pada volume kecil.
Menurut Onur Tokel, Profesor di Departemen Fisika:
“Pendekatan kami didasarkan pada mempersempit energi denyut laser di dalam materi semikonduktor ke volume yang sangat kecil, sehingga kita dapat memanfaatkan efek penguatan medan yang muncul seperti dalam plasmonik. Ini menyebabkan kontrol sub-wavelength dan multi-dimensi langsung di dalam materi.”
Dia menambahkan:
“Kami sekarang dapat memfabrikasi elemen nanofotonik yang terkubur di dalam silikon, seperti nanograting dengan efisiensi difraksi tinggi dan bahkan kontrol spektral.”
Ini diikuti oleh efek perintis yang muncul, di mana nano-void yang dilakukan pada subsurface menciptakan penguatan medan yang kuat di sekitar mereka. Setelah terbentuk, penguatan medan yang dihasilkan mempertahankan diri, yang berarti bahwa pembuatan nanostruktur sebelumnya membantu memfabrikasi nanostruktur selanjutnya.
Sementara itu, penggunaan polarisasi laser memberikan peneliti kontrol tambahan atas perataan dan simetri nanostruktur pada skala nanometer, yang memungkinkan pengembangan nano-arrays yang akurat.
“Dengan memanfaatkan mekanisme umpan balik anisotropik yang ditemukan dalam sistem interaksi laser-materi, kami mencapai litografi nanoskala yang terkendali oleh polarisasi di silikon.”
– Penulis utama studi, Dr. Asgari Sabet
Metode fabrikasi baru ini telah mencapai ukuran fitur sekecil 100 nm, yang merupakan perbaikan besar dibandingkan dengan rezim konvensional.
Studi ini dapat memiliki implikasi yang signifikan untuk sistem pada skala nanometer dengan struktur khusus dengan menunjukkan nanostruktur volumetrik besar dengan kontrol multi-dimensi dan fitur di luar batas difraksi. Menurut peneliti, kemajuan potensial di masa depan yang dihasilkan dari studi ini dapat mencakup metamaterial, metasurface, aplikasi pemrosesan informasi, dan kristal fotonik.
Penelitian ini juga menunjukkan potensi yang signifikan untuk integrasi dengan sistem on-chip, dengan kemampuan nanograting yang diperkenalkan sebagai langkah menuju tujuan ini. Studi ini mencatat bahwa ini juga merupakan Si fotonik multi-lapis pertama.
Secara keseluruhan, studi ini telah memperkenalkan “paradigma fabrikasi baru untuk silikon. Kemampuan untuk memfabrikasi pada skala nano langsung di dalam silikon membuka pintu menuju integrasi lebih lanjut dan fotonik canggih,” kata Prof. Tokel. Langkah selanjutnya untuk studi ini adalah untuk menyelidiki apakah fabrikasi nano 3D lengkap di Si dapat dicapai.
Bahan Nanoskala Membuka Jalan untuk Komputasi Berikutnya
Seperti yang kita lihat di atas, peneliti menargetkan nanostruktur untuk hasil yang lebih baik. Nanoteknologi adalah tentang mengendalikan materi pada skala nanometer, yang berkisar dari 1 hingga 100 nanometer dalam ukuran.
Pada skala yang sangat kecil ini, kita dapat mengalami sifat dan perilaku unik dari bahan, memungkinkan peneliti dan insinyur untuk memanipulasi mereka untuk berbagai aplikasi. Sebagai hasilnya, nanoteknologi memiliki implikasi yang luas di berbagai industri, termasuk energi, elektronik, kedokteran, dan ilmu bahan.
Dengan potensi besar untuk menangani beberapa tantangan dunia yang paling mendesak, nanoteknologi telah berkembang pesat dengan kemajuan dan terobosan terus-menerus, terutama dalam komputasi dan elektronik. Nanoteknologi telah berkontribusi besar pada kemajuan utama dalam sektor ini, yang telah menyebabkan sistem yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih portabel.
Misalnya, bahan nano seperti grafit dan nanotube karbon telah menunjukkan janji dalam menciptakan elektronik yang fleksibel dan transparan.
Nanostruktur telah mengubah bidang semikonduktor dan komputasi dengan meningkatkan sifat listrik, optik, dan magnetik dari bahan di luar lawan-lawan bulk mereka.
Dalam konteks ini, kemajuan sedang dibuat dalam komputasi kuantum dan komunikasi menggunakan bit kuantum skala nano. Selain itu, penelitian terus dilakukan untuk mengembangkan bahan nano untuk baterai berkapasitas tinggi, pengisian cepat, dan superkapasitor. Sementara itu, kemajuan dalam teknik fabrikasi skala nano memungkinkan penciptaan perangkat dan komponen miniatur dengan kinerja yang kuat.
Dengan memungkinkan pengembangan perangkat yang lebih kecil dan lebih efisien seperti transistor skala nano dan chip memori, nanoteknologi telah meningkatkan kemampuan komputasi dan kapasitas penyimpanan, mendorong batas Hukum Moore.
Hukum Moore yang dirujuk di sini dirumuskan oleh co-pendiri Intel Gordon Moore, yang mengusulkan bahwa jumlah transistor pada sebuah chip tunggal akan meningkat sekitar dua kali lipat setiap dua tahun, dengan kenaikan biaya yang minimal.
Jika kita melihat ke dalamnya, pada tahun 1950-an, transistor pertama kali mulai menggantikan tabung vakum sebagai komponen kunci dari sirkuit elektronik. Sementara transistor awal biasanya sepanjang sentimeter, mereka segera diukur dalam milimeter.
Maju cepat ke awal abad ini, ukuran telah berkurang menjadi antara 130 hingga 250 nanometer, hanya untuk lebih kecil lagi menjadi 14 nanometer sekitar satu dekade yang lalu. Kemudian, pada 2015, IBM memotong ukuran ini menjadi transistor tujuh nanometer pertama. Perjalanan menuju transistor yang lebih kecil tetapi lebih baik dan lebih cepat terus berlanjut hingga hari ini.
Dalam beberapa tahun terakhir, ukuran transistor terkecil dalam produksi telah berkurang menjadi 3 nm, dengan IBM mengumumkan transistor 2 nm pada Mei 2021, yang lebih kecil dari sebuah helai DNA. Kami fokus pada transistor karena mereka fundamental untuk memberi daya hampir setiap perangkat elektronik.
Menariknya, semakin kecil transistor ini, semakin sedikit daya yang mereka konsumsi dan semakin cepat mereka menjadi. Namun, banyak orang percaya bahwa Anda hanya dapat membuat sesuatu lebih kecil untuk waktu yang lama, dan akhirnya, kita tidak akan dapat terus mengecilkan. Itulah saat bahan nano dan teknologi canggih akan dibutuhkan untuk meningkatkan perangkat kita.
Ini telah menyebabkan ilmuwan untuk mengalihkan fokus mereka ke teknologi seperti sistem neuromorfik, yang memerlukan pengembangan neuron dan sinaps buatan baru yang dapat melebihi kinerja sirkuit CMOS (komplementer metal-oksida-semikonduktor) standar.
Dengan menggunakan neuron dan sinaps buatan, komputer ini mensimulasikan bagaimana otak manusia memproses informasi. Ini memungkinkan mereka untuk mengenali pola, memecahkan masalah, dan membuat keputusan lebih efisien dan cepat daripada komputer saat ini. Meskipun bidang ini masih baru, itu menunjukkan janji dalam komputasi kognitif, kendaraan otonom, dan AI, di mana kecepatan dan efisiensi sangat penting.
Peneliti juga menjelajahi kelas bahan baru, seperti titik kuantum dan grafit, untuk memenuhi kebutuhan komputasi canggih. Studi terbaru telah menjelajahi Quantum Dot Cellular Automata (QCA) untuk merancang komputer nano-skala dengan perbaikan dalam kecepatan dan efisiensi.
Selain grafit, bahan 2D seperti dikalkogenida logam transisi (2D-TMDs) sedang dipertimbangkan untuk digunakan dalam semikonduktor. Bahan ini memiliki luas permukaan yang luas yang memungkinkan interaksi cahaya yang efisien dan meningkatkan penggunaannya untuk memanipulasi cahaya, sementara mobilitas pembawa muatannya yang tidak biasa meningkatkan kinerja perangkat. Ketahanannya membuatnya tahan lama untuk berbagai aplikasi dunia nyata.
Seperti yang disebutkan di atas, penelitian terbaru yang mencapai nanofabrikasi di dalam silikon juga bertujuan untuk memungkinkan generasi berikutnya dari chip berbasis silikon dengan daya pengolahan yang jauh lebih besar.
Klik di sini untuk daftar saham nanoteknologi terbaik.
Perusahaan yang Bekerja pada Teknologi Komputasi Canggih
Jika kita mempertimbangkan perusahaan yang terlibat dalam bidang ini, Applied Materials (AMAT) menyediakan teknologi nanomanufaktur untuk semikonduktor canggih. Advanced Micro Devices (AMD) mengembangkan perangkat keras komputasi tinggi dan menjelajahi teknologi komputasi canggih.
NVIDIA Corporation (NVDA), yang dikenal karena GPU-nya, juga berinvestasi besar dalam penelitian komputasi kuantum. Superkomputer Nvidia sedang digunakan untuk mengembangkan sistem annealing kuantum untuk memecahkan masalah tertentu. NVIDIA, sering disebut sebagai ‘kesayangan AI,’ telah melihat sahamnya naik 157% tahun-ke-tahun (YTD).
Perusahaan ini mencatat penjualan rekor $26 miliar di Q1 24, naik 18% dari kuartal sebelumnya dan 262% dari setahun sebelumnya. Perusahaan ini juga mengumumkan pemisahan saham sepuluh-untuk-satu pada 7 Juni 2024, dan meningkatkan dividen tunai kuartalannya menjadi $0,01.
Mari kita lihat perusahaan yang mempelopori penelitian dalam komputasi canggih, nanoteknologi, dan inovasi dalam desain chip.
#1. IBM
International Business Machines Corporation (IBM) adalah perusahaan teknologi populer yang terlibat dalam peluang awan dan AI. Fokusnya adalah pada penelitian komputasi kuantum dan pengembangan teknologi semikonduktor.
Selama setahun terakhir, perusahaan ini memperkenalkan prosesor kuantum generasi terbarunya, IBM Heron, yang memiliki 133 qubit frekuensi tetap dan perbaikan tiga hingga lima kali lipat dalam kinerja perangkat.
Menurut Jay Gambetta, VP di IBM Quantum:
“Kekuatan penuh menggunakan komputasi kuantum akan ditenagai oleh AI generatif untuk menyederhanakan pengalaman pengembang.”
(IBM )
Perusahaan ini memiliki kapitalisasi pasar $180,57 miliar, dan sahamnya diperdagangkan pada $195,51, naik 19,86% YTD. Dividen yieldnya adalah 3,41%. Untuk Q2 24, IBM melaporkan pendapatan $15,8 miliar, peningkatan 2% dari tahun sebelumnya.
Arus kas bebas, sementara itu, berjumlah $2,6 miliar, yang perusahaan naikkan menjadi $12 miliar untuk pandangan tahun penuh, dengan $1,5 miliar dikembalikan kepada pemegang saham dalam dividen selama periode tersebut. Perusahaan ini mengakhiri kuartal dengan $16 miliar dalam kas, kas yang dibatasi, dan surat berharga. Sementara mencatat keahlian IBM dalam AI perusahaan dan bisnis AI generatifnya tumbuh menjadi lebih dari $2 miliar sejak peluncuran Watsonx setahun yang lalu, CEO IBM Arvind Krishna:
“Kami memiliki kuartal kedua yang kuat, melebihi harapan kami.”
#2. Intel Corporation
Intel Corporation (INTC) menginovasi desain chip dan menjelajahi komputasi neuromorfik dan kuantum. Pembuat chip semikonduktor ini adalah penemu seri mikroprosesor x86, yang ditemukan di hampir semua komputer pribadi. Perusahaan ini saat ini bekerja pada mengembalikan tepi mereka dalam pembuatan chip global, untuk yang mereka terima dana melalui hibah dan pinjaman dari pemerintah AS.
Melalui penelitian neuromorfik, Intel bertujuan untuk mempercepat masa depan AI adaptif dengan merancang perangkat keras yang dioptimalkan dengan perangkat lunak AI generasi berikutnya. Selain itu, Intel telah mendirikan Intel Neuromorphic Research Community (INRC). Upaya kolaboratif global ini menyatukan tim dari lembaga penelitian, grup akademis, perusahaan, dan laboratorium pemerintah untuk memajukan batas AI yang terinspirasi otak.
(INTC )
Perusahaan ini memiliki kapitalisasi pasar $89,56 miliar, dan sahamnya diperdagangkan pada $21,06, turun 58,23% YTD. Untuk Q2 24, Intel melaporkan “hasil keuangan yang mengecewakan”, dengan pendapatan sebesar $12,8 miliar, turun 1% YoY, sementara EPS non-GAAP adalah $0,02. Perusahaan ini mengumumkan dividen yang ditangguhkan mulai kuartal keempat 2024 sambil mengulangi “komitmen jangka panjang untuk dividen yang kompetitif ketika arus kas meningkat ke tingkat yang lebih tinggi dan berkelanjutan.”
Kesimpulan
Komputasi canggih, yang berfokus pada metode dan teknologi baru yang mengemudi metode komputasi inovatif, menarik perhatian yang signifikan dari perusahaan, peneliti, insinyur, dan pemerintah. Setelah semua, ini fundamental untuk keamanan siber, pasar keuangan, dan banyak infrastruktur kritis lainnya. Selain itu, penggunaan AI yang luas didukung oleh kekuatan komputasi canggih, bersama dengan data, algoritma, dan mikrochip.
Selama beberapa dekade terakhir, kemajuan dalam teknologi komputasi telah meningkatkan secara signifikan kinerja dan fungsionalitas perangkat yang kita gunakan secara teratur, sehingga mendukung pertumbuhan ekonomi digital. Mengingat dampaknya yang mendalam pada masyarakat, penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan diperlukan untuk memenuhi tuntutan komputasi yang haus daya dan membuka jalan bagi komputasi canggih, memungkinkan penciptaan produk dan layanan yang sebelumnya tidak terbayangkan.
