Top 10 aziende di calcolo non al silicio

Dal Silicio a Nuove Forme di Calcolo

L’industria del calcolo è nata quando i dispositivi meccanici hanno iniziato a eseguire calcoli che, fino a quel momento, erano riservati al cervello umano. Ma sono stati i tubi a vuoto e, successivamente, i transistor a far nascere i veri computer.

La prossima rivoluzione sono stati i chip di silicio, con una densità di transistor in costante aumento per una potenza di calcolo sempre più elevata.

Fonte: Mobile First

Attualmente, l’industria dei semiconduttori sta sperimentando sistemi sempre più potenti per creare chip nella gamma dei 5 nm e persino 2 nm. Questo ci avvicina sempre più a un problema, poiché, a un certo punto, l’uso di transistor di silicio sempre più piccoli non sarà più possibile.

Un singolo atomo di silicio rappresenta un limite teorico, ma problemi ingegneristici pratici probabilmente lo renderanno irrealizzabile prima di raggiungere quella soglia.

Quindi, la potenza di calcolo smetterà di progredire da qui? Probabilmente no.

Tuttavia, la soluzione sarà eseguire il calcolo usando principi completamente nuovi. Esistono infatti molte potenziali modalità per calcolare senza fare affidamento sui transistor di silicio. Possiamo esaminare le idee più promettenti senza entrare nei dettagli tecnici.

Semiconduttori Non al Silicio

Un semiconduttore è un materiale capace di passare da conduttivo (trasmette corrente elettrica, genera un dato “1” in binario) a isolante (blocca la corrente, genera un dato “0” in binario).

Il silicio è stato il materiale di riferimento per la creazione di chip semiconduttori, ma ora si stanno esplorando molte alternative. Qualsiasi materiale che mostri la proprietà chiamata “band gap” può essere un buon candidato.

Fonte: Energy Education

Diossido di Vanadio

Per molto tempo il diossido di vanadio è stato considerato una buona opzione per sostituire il silicio. Questo perché subisce un fenomeno noto come “transizioni metal‑isolante”, che avviene in appena un trillionesimo di secondo.

La velocità della transizione metal‑isolante dovrebbe consentire elettronica più veloce e più piccola rispetto a quella basata sul silicio classico.

Recent research has managed to study vanadium dioxide deposited on a substrate of titanium dioxide.

Hanno inoltre scoperto che anche il diossido di titanio può essere un semiconduttore. Questa scoperta potrebbe permettere la creazione di chip neuromorfici in grado di apprendere a livello hardware, ispirandosi ai cervelli dei sistemi viventi con neuroni.

Grazie alla sua transizione molto rapida da isolante a metallo, il diossido di vanadio con un substrato attivo di diossido di titanio potrebbe essere usato per creare Mott neuron-like spiking oscillators capaci di replicare a livello hardware i neuroni biologici.

Grafene

Un altro buon candidato è il grafene, un materiale 2D con conduttività elettrica estremamente alta. È persino un potenziale superconduttore e un “materiale meraviglia” le cui proprietà sono ancora scoperte in tempo reale.

Puoi leggere di più sui primi sforzi di successo per trasformare il grafene in un materiale semiconduttore nel nostro articolo “Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?”.

Materiali Organici

Secondo una recente scoperta, i materiali organici potrebbero essere forzati a formare una struttura 2D simile al grafene. Questo potrebbe renderli ultra‑conduttivi come il grafene, mostrando naturalmente proprietà semiconduttive, a differenza del grafene che deve essere “forzato a farlo”.

Puoi saperne di più su questa opzione in “Can Organic Semiconductors Combine the Benefits of Graphene & Silicon?”.

Ottimizzare il Consumo Energetico dei Semiconduttori

Un problema legato all’uso di transistor sempre più rapidi e piccoli è il crescente consumo energetico.

Un’alternativa potrebbe essere l’uso di una tecnica chiamata “redox gating”. Questa si basa più su una reazione chimica (redox) e potrebbe ridurre drasticamente la domanda di energia.

Se il prezzo del calcolo dovesse aumentare a causa dei costi energetici più dei chip stessi, questa è una soluzione che potremmo vedere implementata. Abbiamo esplorato le ultime notizie su questo tema in “Redox Gating Could Lead to New Levels of Efficiency in Tiny Electronics”.

Fotonica

I materiali semiconduttori alternativi cercano di sostituire il silicio. Ma se il calcolo fosse eseguito interamente senza elettroni, transistor e semiconduttori?

Questa è l’idea della fotonica, che mira a eseguire il calcolo direttamente con la luce.

La luce è la cosa più veloce dell’universo, quindi potrebbe essere di ordini di grandezza più veloce rispetto al calcolo basato su silicio e semiconduttori.

In pratica, photonics might still involve silicon ma potrebbe anche rely on crystals.

A causa della natura ondulatoria della luce, il design fotonico si basa su curve e principi di progettazione unici (e ancora non del tutto maturi tecnologicamente) che differiscono da quelli usati per i semiconduttori.

Fonte: Synopsis

Calcolo Quantistico

Il calcolo potrebbe anche essere eseguito misurando non la corrente elettrica ma lo stato quantistico delle particelle.

Invece di generare 0 e 1 (nessuna corrente o corrente), utilizza i “qubit”, chiamati bit quantistici, dove i dati della particella sono 0 E 1 contemporaneamente, oppure 1, oppure 0.

A causa della differenza fondamentale nel calcolo, il calcolo quantistico non è un’alternativa al “normale” calcolo ma piuttosto un complemento.

Il calcolo standard funziona linearmente e fatica con calcoli molto complessi, come la modellazione climatica, la crittografia o la configurazione 3D di molecole complesse come le proteine. Ed è proprio questo tipo di calcolo in cui il calcolo quantistico dovrebbe eccellere.

Quindi, anche se forse non sostituirà il silicio, i computer quantistici potrebbero svolgere compiti migliori che prima erano quasi impossibili per i chip di silicio.

Puoi leggere di più sulle ultime novità nel calcolo quantistico nel nostro articolo “The Current State of Quantum Computing”.

Organoidi Biologici

I nostri cervelli sono essenzialmente supercomputer, almeno per processi come il riconoscimento di pattern, il linguaggio, ecc. E sono molto efficienti in questo, consumando appena qualche decina di watt.

A Swiss startup, FinalSpark has now developed a 0.5mm large sphere (organoids) made of 10,000 human neurons. E lo utilizza per eseguire calcoli. Il servizio sarà persino accessibile tramite il cloud.

Questo è un campo molto nuovo, e non è ancora chiaro fino a che punto arriverà. Ma chissà, forse un giorno i nostri dispositivi autonomi funzioneranno su neuroni invece che su chip.

Top 10 Azioni Non al Silicio

1. International Business Machines Corporation

International Business Machines Corporation (IBM) è stata la forza trainante dietro la commercializzazione del primo computer mainframe. Tuttavia, è rimasta indietro in termini di volume di produzione rispetto ad altri giganti tecnologici come Apple, TSMC e NVIDIA.

È, però, in prima linea nello sviluppo dei computer quantistici. Ad esempio, ha sviluppato il suo computer quantistico a 127 qubit “Eagle”, seguito da un sistema a 433 qubit noto come “Osprey”.

E ora è seguito da “Condor”, un processore quantistico superconduttivo a 1,121 qubit basato sulla tecnologia del gate cross‑resonance, insieme a “Heron”, un processore quantistico al limite del campo.

IBM è coinvolta nella maggior parte delle altre innovazioni all’avanguardia nel calcolo e nell’industria dei semiconduttori. Queste includono materiali organici conduttivi, calcolo neuromorfico, fotonica, ecc.

In una certa misura, IBM è diventata una “azienda di brevetti” con competenza nello sviluppo di nuovi metodi di calcolo e nella loro concessione in licenza all’industria.

Finora sembra molto determinata a detenere quanti più brevetti chiave possibile in tutti i metodi di calcolo non al silicio, replicando il suo passato successo quando ha contribuito massicciamente allo sviluppo dell’industria dei semiconduttori fino a diventare il gigante che è oggi.

2. Microsoft Corporation

Già leader nei servizi cloud “normali”, Microsoft è pioniera nell’offrire servizi cloud di calcolo quantistico con Azure Quantum.

È del tutto possibile che la maggior parte del calcolo quantistico futuro avvenga “remotamente”, facendo affidamento su servizi cloud come quello di Microsoft, invece di un accesso diretto a un computer quantistico.

Ciò è particolarmente probabile poiché la maggior parte delle applicazioni di calcolo quantistico saranno ricercate da biochimici, esperti di scienza dei materiali, climatologi e altri specialisti senza un background specifico nel calcolo quantistico.

Quindi affidarsi a professionisti dedicati che lavorano in aziende come IBM, Microsoft o Google per gestire la parte di calcolo ha più senso che assumere o formare persone non addestrate al campo.

Il servizio Microsoft offre “computazione ibrida”, che combina il calcolo quantistico con il servizio tradizionale di supercomputer basato su cloud.

Fonte: Microsoft

Invece di un’integrazione verticale, l’approccio di Microsoft al calcolo quantistico è stato quello di stabilire partnership con leader del settore coprendo praticamente tutte le tecnologie possibili per raggiungere il calcolo quantistico, come IonQ (IONQ), Pasqal, Quantinuum, QCI (QUBT) e Rigetti (RGTI).

Fonte: Microsoft

Microsoft ha anche stabilito alla fine del 2023 una collaborazione con Photonic, una società che lavora sull’unione del calcolo quantistico e della fotonica.

Microsoft ha inoltre lavorato su chip fotonici analogici per il settore finanziario.

Il calcolo quantistico non è centrale per il business di Microsoft, almeno per ora. È comunque un attore centrale del settore e potrebbe rappresentare una scelta “più sicura” rispetto all’acquisto diretto di azioni dei suoi partner di calcolo quantistico quotati in borsa, come QCI o Rigetti.

3. Alphabet Inc.

Google è molto attiva nel calcolo quantistico, soprattutto attraverso il suo Google Quantum AI lab e il Quantum AI campus a Santa Barbara.

Il computer quantistico di Google ha fatto storia nel 2019 quando Google ha affermato di aver raggiunto la “supremazia quantistica” con la sua macchina Sycamore, eseguendo un calcolo in 200 secondi che un supercomputer convenzionale avrebbe impiegato 10.000 anni.

Ma forse il più grande contributo di Google sarà nel software, un’attività in cui ha un curriculum molto migliore rispetto all’hardware (ricerca, G Suite, Android, ecc.). Il Quantum AI di Google rende già disponibile una suite di software progettata per assistere gli scienziati nello sviluppo di algoritmi quantistici.

Google è anche un sostenitore attivo di aziende fotoniche come Lightmatter.

Google probabilmente sarà una delle aziende che definiranno gli standard del software e della programmazione quantistica, influenzando il futuro del settore. La sua potente rete e l’attività di venture capital daranno anche un ruolo in qualsiasi altra forma di calcolo non basata sul silicio.

4. Intel

Intel è un grande produttore di chip e sembra puntare a sfruttare questa forza nel campo del calcolo quantistico.

Ha recentemente rilasciato “Tunnel Falls”, il “chip di spin qubit al silicio più avanzato”. Ciò che lo rende notevole è che non è un prototipo ma un chip prodotto su scala, con un tasso di resa del 95 % su tutto il wafer e uniformità di tensione. Questo apre la strada alla produzione di massa di chip per il calcolo quantistico, qualcosa finora sfuggente in un’industria nascente e in rapido cambiamento.

Fonte: Intel

Fedele alle sue radici, Intel sta anche sviluppando il software per utilizzare i suoi chip, con il rilascio dell’Intel Quantum SDK. Questo fornisce linee guida per i programmatori per sviluppare software per il calcolo quantistico compatibile con il design del chip quantistico Intel, che storicamente è stato un forte e redditizio vantaggio competitivo per il business dei chip convenzionali di Intel.

Fonte: Intel

L’arrivo della produzione scalabile di chip quantistici potrebbe essere rivoluzionario per l’industria quanto qualsiasi altra scoperta scientifica più tecnica, riducendo i costi e stabilendo standard comuni di programmazione e architettura dei chip.

Alla fine del 2023, Intel ha deciso di cedere la sua attività di fotonica a Jabil (JBL).

In generale, Intel sta facendo progressi nel calcolo quantistico e sembra avere una strategia chiara per concentrarsi su questo tema rispetto alla fotonica e ad altre alternative.

5. Nvidia

Il principale produttore di schede grafiche e, più recentemente, di rig di mining per criptovalute e chip AI è ora realmente passato da produttore di componenti per PC a uno dei giganti tecnologici globali.

Nvidia è anche attiva nello spazio del calcolo quantistico, con il suo NVIDIA DGX Quantum che combina chip normali e calcolo quantistico usando la nuova piattaforma software CUDA quantum open‑source.

Fonte: Nvidia

Per rafforzare la sua leadership nell’AI, Nvidia ha anche rilasciato il suo QuantumX‑800 per il networking ottimizzato per AI nei data center.

Per quanto riguarda la fotonica, Nvidia ha stretto una partnership con TSMC e Broadcom. Cercherà di creare un unico modulo tramite ottica co‑packaged (CPO) integrando chip di silicio classico e fotonica.

Nel complesso, il successo di Nvidia è strettamente legato all’attuale boom dell’AI, mentre il calcolo quantistico e la fotonica sono secondari. Tuttavia, ne beneficerà anche dalla crescita di questi settori e sembra intenzionata a rimanere in corsa.

6. Quantinuum / Honeywell

Quantinuum è il risultato della fusione tra Honeywell Quantum Solutions e Cambridge Quantum (e, come menzionato, partner del cloud quantistico di Microsoft).

Quantinuum sembra, per ora, concentrarsi su segmenti meno esplorati da altri sistemi di calcolo quantistico, in particolare analisi finanziarie e della catena di approvvigionamento, tramite il suo motore Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), lanciato a settembre 2023.

QMCI si applica a problemi che non hanno una soluzione analitica, come la valutazione di derivati finanziari o la simulazione dei risultati di esperimenti di fisica delle particelle ad alta energia, e promette progressi computazionali in ambiti come business, energia, logistica della catena di approvvigionamento e altri settori.

Come Microsoft, il calcolo quantistico non è la parte centrale del business di Honeywell, che è più focalizzato su prodotti aerospaziali, automazione e chimica e materiali speciali.

Tuttavia, considerando che ognuno di questi segmenti aziendali potrebbe beneficiare del calcolo quantistico, non è difficile vedere il caso commerciale per Honeywell di coinvolgersi.

Questo rende Honeywell sia un fornitore di servizi di calcolo quantistico sia una delle aziende che potrebbero trarre vantaggio dall’applicazione dei computer quantistici a casi d’uso reali, qualcosa che l’integrazione di Quantinuum nel gruppo dovrebbe favorire a un ritmo più rapido rispetto ai concorrenti industriali.

7. Synopsys

Qualsiasi sistema fotonico dovrà essere integrato il più possibile con i sistemi a silicio, almeno inizialmente. Synopsys può aiutare in questo.

L’azienda è specialista nella progettazione e verifica di silicio, il che significa che il suo software è usato per progettare nuovi chip, inclusi chip ultra‑avanzati da 5 nm e inferiori.

L’azienda offre anche software per la fotonica descritto come “L’unico flusso di progettazione senza interruzioni per dispositivi, sistemi e circuiti integrati fotonici dell’industria”. Questo consente di gestire la progettazione e la simulazione di nuovi dispositivi fotonici.

Fonte: Synopsis

L’azienda ha anche sviluppato una joint venture con Juniper Network per creare OpenLight, una società fotonica che utilizza l’indio fosfuro.

8. Juniper Network

Juniper afferma di offrire la soluzione wireless cloud‑native numero 1 e l’unica rete Wi‑Fi guidata dall’AI. Questo la mette direttamente in competizione con giganti più vecchi e consolidati come Cisco. La tecnologia Juniper Mist è dichiarata più scalabile, flessibile e migliore nella rilevazione di anomalie rispetto all’equivalente di Cisco.

Le soluzioni dell’azienda si basano fortemente sull’AI, con il suo motore AI “Marvis” utilizzato a tutti i livelli di rete, dall’utente al data center.

Fonte: Juniper

Per quanto riguarda la sicurezza, Juniper mostra risultati eccellenti su firewall, difesa dalle minacce e protezione contro exploit, superando la maggior parte dei fornitori come Fortinet, Palo Alto, Zscaler, ecc.

Juniper offre anche Circuiti Fotonicamente Integrati (PIC), attualmente usati principalmente per la trasmissione dati e i sensori. Si prevede che diventeranno una parte integrante dei futuri computer basati sulla fotonica.

Fonte: Synopsis

9. Rigetti Computing, Inc.

Riggeti è una società di calcolo quantistico, “proprietaria di IP critico per il nostro processore multi‑chip rivoluzionario e per l’approccio ibrido quantistico‑classico che è diventato l’architettura predominante del calcolo quantistico.”

L’azienda sta integrando tutti i passaggi necessari per il calcolo quantistico, dalla progettazione e fabbricazione del chip fino alla consegna cloud della potenza di calcolo.

Fonte: Rigetti

L’azienda si concentra meno sull’aggiungere quanti più qubit possibile (come fanno giganti come Intel) e più sul perfezionare il prodotto esistente e raggiungere un livello molto alto di fedeltà e velocità, rendendolo un prodotto commerciale più affidabile.

La sua ultima iterazione, l’84‑qubit Ankaa‑3, dovrebbe essere presentata nella seconda metà del 2024. Basandosi sul concetto Ankaa, l’azienda mira a un sistema da 336 + qubit a lungo termine.

Fonte: Rigetti

Nel dicembre 2023, Rigetti ha avviato le vendite del sistema a 9 qubit Novera, un “mini computer quantistico” venduto per “solo” 900.000 $ con una consegna di 4‑6 settimane.

I primi clienti includevano il SQMS Center di Fermilab, l’Air Force Research Lab e Horizon Quantum Computing.

L’azienda ha annunciato nella primavera 2024 che si unirà al Russell 3000 Index.

10. IPG Photonics

IPG è un produttore di laser che produce praticamente tutti i tipi di laser, inclusi laser a fibra, a diodo, UV e deep‑UV. Con 6.200 dipendenti, spedisce oltre 42.000 dispositivi laser all’anno.

La sua specialità è nei laser a fibra, con alti livelli di precisione e la capacità di produrre impulsi laser così brevi come un femtosecondo (un quadrilionesimo di secondo).

I laser IPG sono attualmente utilizzati per:

• Applicazioni scientifiche avanzate (spettroscopia, microscopia, interferometria, trappole ottiche, ecc.)
• Produzione di batterie e motori elettrici per veicoli elettrici
• Lavorazione dei materiali, in particolare taglio, incisione, pulizia di metalli e stampa 3D laser.
• Micro‑lavorazione laser, dove i laser sono usati per creare strutture ultra‑piccole.

Mentre saranno necessari progressi nei chip fotonici per creare computer interamente basati sulla fotonica, sappiamo già che integreranno un componente specifico e già comune: i laser.

La luce per il calcolo fotonico deve basarsi su luce molto stabile emessa dal laser. Quindi i leader dell’industria laser, come IPG, trarranno vantaggio da un boom nella domanda di laser da parte dell’industria dei semiconduttori che sta passando progressivamente alla fotonica.

E in quel segmento nascente, impulsi laser ultra‑corti possono essere trasformati in potenza di calcolo ultra‑veloce.