Topp 10 Ikke‑Silisium Databehandlingsselskaper

Fra Silisium til Nye Former for Databehandling

Databehandlingsindustrien ble født da mekaniske enheter begynte å utføre kalkulasjon som tidligere var forbeholdt den menneskelige hjernen. Men det var med vakuumrør og, senere, transistorer at ekte datamaskiner begynte å bli laget.

Den neste revolusjonen var silisiumdatabrikkene, med stadig økende transistor‑tetthet for stadig økende beregningskraft.

Source: Mobile First

For øyeblikket eksperimenterer halvlederindustrien med stadig kraftigere systemer for å lage brikker i 5 nm‑ og til og med 2 nm‑området. Dette bringer oss stadig nærmere et problem, ettersom det på et tidspunkt vil bli umulig å bruke stadig mindre silisiumtransistorer.

Én enkelt silisiumatome er en teoretisk grense, men praktiske ingeniørproblemer vil sannsynligvis få det til å skje før den terskelen nås.

Så, vil datakraften stoppe å utvikle seg herfra? Sannsynligvis ikke.

Løsningen vil imidlertid være å utføre beregning ved hjelp av helt nye prinsipper. Det finnes faktisk mange potensielle måter å utføre databehandling uten å stole på silisiumtransistorer. Vi kan se på de mest lovende ideene uten å gå inn i de tekniske detaljene.

Ikke‑Silisium Halvledere

En halvleder er et materiale som kan skifte mellom å være ledende (overfører elektrisk strøm, skaper en “1” data i binær) eller isolerende (blokkerer elektrisk strøm, skaper en “0” data i binær).

Silisium har vært materialet som foretrekkes for å lage halvlederbrikker, men mange alternativer blir nå utforsket. Ethvert materiale som viser egenskapen kalt båndgap kan være en god kandidat.

Source: Energy Education

Vanadiumdioxid

I lang tid har vanadiumdioxid blitt sett på som et godt alternativ til silisium. Dette skyldes at det gjennomgår et fenomen kjent som «metall‑isolator‑overganger», som tar kun en trilliontedel av et sekund.

Hastigheten på metall‑isolator‑overgangen bør tillate raskere og mindre elektronikk sammenlignet med klassisk silisium‑basert elektronikk.

Ny forskning har klart å studere vanadiumdioxid avsatt på et substrat av titandioksid.

De oppdaget også at titandioksid også kan være en halvleder. Denne oppdagelsen kan muliggjøre skapelsen av nevromorfe brikker som kan lære på maskinvarenivå, ved å hente inspirasjon fra hjernene til levende systemer med nevroner.

Takket være sin svært raske isolator‑til‑metall‑overgang, kan vanadiumdioxid med et aktivt substrat av titandioksid brukes til å lage Mott‑nevron‑lignende spikende oscillatorer som kan replikere biologiske nevroner på maskinvarenivå.

Grafen

Et annet godt kandidat er grafen, et 2D‑materiale med ekstremt høy elektrisk ledningsevne. Det er til og med en potensiell superleder og et «mirakelmateriale» hvis egenskaper fortsatt oppdages i sanntid.

Du kan lese mer om de første vellykkede forsøkene på å gjøre grafen til et halvledermateriale i artikkelen vår «Grafen Halvledere – Er de Endelig Her?».

Organiske Materialer

Ifølge en nylig oppdagelse kan organisk materiale tvinges til å danne en 2D‑struktur lik grafen. Dette kan gjøre dem like ultraledende som grafen, samtidig som de naturlig viser halvlederegenskaper, i motsetning til grafen som må «tvinges til å gjøre det».

Du kan lære mer om dette alternativet i «Kan Organiske Halvledere Kombinere Fordelene med Grafen & Silisium?».

Optimalisering av Halvlederes Strømforbruk

Et problem med å bruke stadig raskere og mindre transistorer er den økende strømforbruket.

Et alternativ kan være å bruke en teknikk kalt «redox‑gating». Denne er mer avhengig av en kjemisk reaksjon (redox) og kan drastisk redusere strømbehovet.

Vi utforsket de siste nyhetene om dette temaet i «Redox‑gating kan føre til nye nivåer av effektivitet i små elektroniske enheter».

Fotonikk

Alternative halvledermaterialer prøver å erstatte silisium. Men hva om databehandling ble gjort helt uten bruk av elektroner, transistorer og halvledere?

Dette er idéen om fotonikk, som søker å utføre databehandling direkte med lys.

Lys er det raskeste i universet, så det kan være flere størrelsesordener raskere enn silisium‑ og halvlederbasert databehandling.

I praksis kan fotonikk fortsatt involvere silisium men kan også baseres på krystaller.

På grunn av lysets bølgelignende natur, er fotonikkdesign avhengig av kurver og unike (og ennå ikke fullt teknologisk modne) designprinsipper som skiller seg fra de som brukes for halvledere.

Source: Synopsis

Kvanteregning

Databehandling kan også utføres ved å måle ikke elektrisk strøm, men kvantetilstanden til partikler.

I stedet for å generere 0 og 1 (ingen strøm eller strøm), bruker den «kvantebiter», kalt qubits, hvor partikkeldaten enten er 0 OG 1 samtidig, eller 1, eller 0.

På grunn av den grunnleggende forskjellen i beregningen er kvantedatabehandling ikke et alternativ til «vanlig» databehandling, men snarere et supplement.

Standard databehandling fungerer lineært og sliter med svært komplekse beregninger, som klimamodellering, kryptografi eller den 3D‑konfigurasjonen av komplekse molekyler som proteiner. Og dette er nettopp den typen beregning som kvantedatabehandling forventes å utmerke seg i.

Så, selv om de kanskje ikke erstatter silisium, kan kvantedatamaskiner utføre oppgaver som tidligere var nesten umulige for silisiumbrikker.

Du kan lese mer om de siste nyhetene innen kvantedatabehandling i vår artikkel «Den nåværende tilstanden for kvantedatabehandling».

Biologiske Organoider

Hjernen vår er i hovedsak superdatamaskiner, i det minste når det gjelder prosesser som mønstergjenkjenning, språk osv. Og den er svært effektiv, og bruker knapt noen dusin watt.

Et sveitsisk oppstartsselskap, FinalSpark har nå utviklet en 0,5 mm stor kule (organoider) laget av 10 000 menneskelige nevroner. Og bruker den til å utføre beregning. Tjenesten vil til og med være tilgjengelig via skyen.

Dette er et svært nytt felt, og det er ennå uklart hvor langt det vil gå. Men hvem vet, kanskje en dag vil våre selvkjørende enheter kjøre på nevroner i stedet for brikker.

Topp 10 Ikke‑Silisium Aksjer

1. International Business Machines Corporation

International Business Machines Corporation (IBM) var den ledende kraften bak kommersialiseringen av den første mainframe‑datamaskinen. Imidlertid har den falt bak i produksjonsvolumet til andre teknologigiganter som Apple, TSMC og NVIDIA.

Den er imidlertid i frontlinjen for utviklingen av kvantedatamaskiner. For eksempel utviklet den sin 127‑qubit‑«Eagle»-kvantedatamaskin, som ble etterfulgt av et 433‑qubit‑system kjent som «Osprey».

Og dette er nå etterfulgt av «Condor», en 1 121‑superledende qubit‑kvanteprosessor basert på cross‑resonance‑gate‑teknologi, sammen med «Heron», en kvanteprosessor i spissen av feltet.

IBM er involvert i de fleste av de andre banebrytende innovasjonene innen databehandling og halvlederindustrien. Disse inkluderer ledende organiske materialer, nevromorf databehandling, fotonikk, osv.

I noen grad har IBM blitt et «patentselskap» med ekspertise i å utvikle nye databehandlingsmetoder og lisensiere dem til industrien.

Så langt ser det ut til at de er svært bestemte på å holde så mange nøkkelpatenter innen alle de ikke‑silisium‑databehandlingsmetodene de kan få, og gjenskaper sin tidligere suksess ved å bidra massivt til utviklingen av halvlederindustrien til den giganten den er i dag.

2. Microsoft Corporation

Allerede en leder innen «vanlige» skytjenester, er Microsoft en pioner i å tilby kvantedatabehandlingstjenester i skyen med Azure Quantum.

Det er fullt mulig at mest kvantedatabehandling i fremtiden vil bli gjort «fjernstyrt», med avhengighet av skytjenester som Microsofts, i stedet for direkte tilgang til en kvantedatamaskin.

Dette er spesielt sannsynlig ettersom de fleste kvantedatabehandlingsapplikasjoner vil bli forsket på av biokjemikere, materialvitenskapseksperter, klimavitenskapsfolk og andre spesialister uten spesifikk bakgrunn i kvantedatabehandling.

Så å stole på dedikerte fagfolk som jobber i selskaper som IBM, Microsoft eller Google for å håndtere beregningsdelen gir mer mening enn å ansette eller trene personer uten opplæring i feltet.

Microsoft‑tjenesten tilbyr «hybrid computing», som blander kvantedatabehandling med tradisjonell skybasert superdatatjeneste.

Source: Microsoft

I stedet for vertikal integrasjon har Microsofts tilnærming til kvantedatabehandling vært å etablere partnerskap med ledere i feltet som dekker praktisk talt alle teknologiene som er mulige for å oppnå kvantedatabehandling, som IonQ (IONQ), Pasqal, Quantinuum, QCI (QUBT), og Rigetti (RGTI).

Source: Microsoft

Microsoft har også etablert på slutten av 2023 et samarbeid med Photonic, et selskap som arbeider med å slå sammen kvantedatabehandling og fotonikk.

Microsoft har også jobbet med analoge fotoniske brikker for finansindustrien.

Kvanteregning er ikke sentralt i Microsofts virksomhet, i hvert fall foreløpig. Det er likevel en sentral aktør i sektoren og kan være et «sikrere» aksjevalg enn å direkte kjøpe aksjer i deres kvantedatabehandlingspartnere som er børsnotert, som QCI eller Rigetti.

3. Alphabet Inc.

Google er svært aktiv innen kvantedatabehandling, hovedsakelig gjennom sitt Google Quantum AI‑laboratorium og Quantum AI‑campus i Santa Barbara.

Googles kvantedatamaskin skrev historie i 2019 da Google hevdet å ha oppnådd «kvantesupreminens» med sin Sycamore‑maskin, som utførte en beregning på 200 sekunder som ville ha tatt en konvensjonell superdatamaskin 10 000 år.

Men kanskje Googles største bidrag vil være innen programvare, en aktivitet hvor de har langt bedre resultater enn maskinvare (søk, G Suite, Android osv.). Googles Quantum AI gjør allerede tilgjengelig en pakke med programvare designet for å hjelpe forskere med å utvikle kvantealgoritmer.

Google er også en aktiv støttespiller for fotonikkbedrifter som Lightmatter.

Google vil sannsynligvis bli ett av selskapene som setter standardene for kvantedataprogramvare og -programmering, og gir en privilegert posisjon til å påvirke hvor feltet vil utvikle seg i fremtiden. Dets kraftige nettverk og VC‑aktivitet vil også sannsynligvis gi en plass i enhver annen ikke‑silisium‑basert form for databehandling.

4. Intel

Intel er en stor brikkeprodusent og ser ut til å utnytte denne styrken i kvantedatabehandlingsområdet.

Den har nylig lansert «Tunnel Falls», den «mest avanserte silisium‑spinn‑qubit‑brikken». Det bemerkelsesverdige er at den ikke er en prototype, men en brikke bygget i skala, med 95 % avkastning over hele skiven og spenningens ensartethet. Dette åpner veien for masseproduksjon av kvantedatabrikker, noe som for nå er vanskelig i en ny og raskt skiftende industri.

Source: Intel

Trofast mot sine røtter utvikler Intel også programvaren for å utnytte sine brikker, med lanseringen av Intel Quantum SDK. Dette gir retningslinjer for programmerere til å utvikle programvare for kvantedatabehandling som er kompatibel med Intel‑s kvantebrikkedesign, noe som historisk har vært en svært sterk og lønnsom forretningsmur for Intels konvensjonelle brikkebusiness.

Source: Intel

Ankomsten av skalerbar produksjon av kvantebrikker kan bli like revolusjonerende for industrien som enhver annen mer teknisk vitenskapelig gjennombrudd, ved å senke kostnader og etablere felles programmeringsstandarder og brikkearkitekturer.

Ved slutten av 2023 bestemte Intel seg for å selge sin fotonikkvirksomhet til Jabil (JBL).

Alt i alt gjør Intel fremskritt innen kvantedatabehandling og ser ut til å ha en klar strategi for å fokusere på dette temaet fremfor fotonikk og andre alternativer.

5. Nvidia

Den ledende produsenten av grafikkort og, mer nylig, kryptovaluta‑mining‑rigg og AI‑brikker har nå virkelig utviklet seg fra en PC‑delerprodusent til en av de globale teknologigigantene.

Nvidia er også aktiv innen kvantedatabehandling, med sin NVIDIA DGX Quantum som kombinerer vanlige brikker og kvantedatabehandling ved bruk av den nylig åpen kildekode‑CUDA‑kvanteprogramvareplattformen.

Source: Nvidia

For å styrke sin ledelse innen AI har Nvidia også lansert sin QuantumX-800 for AI‑optimalisert nettverk i datasentre.

Når det gjelder fotonikk, har Nvidia inngått et partnerskap med TSMC og Broadcom. Det vil forsøke å lage en enkelt modul gjennom co‑packaged optics (CPO) som integrerer klassiske silisiumbrikker og fotonikk.

Alt i alt er Nvidias suksess tett knyttet til den nåværende AI‑boomen, og kvantedatabehandling og fotonikk kommer i andre rekke. Imidlertid vil den også dra nytte av veksten i disse sektorene og ser ut til å holde seg i konkurransen.

6. Quantinuum / Honeywell

Quantinuum er resultatet av fusjonen mellom Honeywell Quantum Solutions og Cambridge Quantum (og, som nevnt, en partner av Microsofts kvante‑skytjeneste).

Quantinuum ser foreløpig ut til å fokusere på segmenter som er mindre utforsket av andre kvantedatabehandlingssystemer, spesielt finans- og forsyningskjede‑relaterte analyser, gjennom sin Quantum Monte Carlo Integration (QMCI)‑motor, lansert i september 2023.

QMCI gjelder problemer som ikke har en analytisk løsning, som prising av finansielle derivater eller simulering av resultatene fra høy‑energi partikkelfysikk‑eksperimenter, og lover beregningsmessige fremskritt på tvers av næringsliv, energi, logistikk i forsyningskjeder og andre sektorer.

Som Microsoft er kvantedatabehandling ikke den sentrale delen av Honeywells virksomhet, som er mer fokusert på produkter innen luftfart, automatisering og spesialkjemikalier og -materialer.

Imidlertid, med tanke på at hver eneste av disse forretningssegmentene kan dra nytte av kvantedatabehandling, er det ikke vanskelig å se forretningssaken for Honeywell å engasjere seg.

Dette gjør Honeywell både til en leverandør av kvantedatabehandlingstjenester og ett av selskapene som kan dra nytte av anvendelsen av kvantedatamaskiner i virkelige forretningssituasjoner, noe integreringen av Quantinuum i gruppen bør bidra til å fremme i et raskere tempo enn sine industrielle konkurrenter.

7. Synopsys

Ethvert fotonisk system må integreres så sømløst som mulig med silisiumssystemer, i det minste i starten. Synopsys kan hjelpe med dette.

Selskapet er en spesialist på silisiumdesign og -verifisering, noe som betyr at programvaren deres brukes til å designe nye brikker, inkludert ultra‑avanserte 5 nm‑brikker og lavere.

Selskapet tilbyr også programvare for fotonikk beskrevet som “Bransjens eneste sømløse designflyt for fotoniske enheter, systemer og integrerte kretser“. Dette gjør det mulig å håndtere design og simulering av nye fotoniske enheter.

Source: Synopsis

Selskapet har også utviklet et joint venture med Juniper Network for å skape OpenLight, et fotonisk selskap som bruker indiumfosfid.

8. Juniper Network

Juniper hevder å tilby den #1 sky‑native trådløse løsningen og det eneste AI‑drevne WiFi‑nettverket. Dette setter dem direkte i konkurranse med eldre og mer etablerte giganter som Cisco. Junipers teknologi, Juniper Mist, påstås å være mer skalerbar, fleksibel og bedre på avviksdeteksjon enn Ciscos tilsvarende tilbud.

Selskapets løsninger er sterkt avhengige av AI, med sin AI‑motor «Marvis» brukt på alle nettverksnivåer, fra bruker til datasenter.

Source: Juniper

Når det gjelder sikkerhet, viser Juniper også fremragende resultater på brannmurer, trusselforsvar og beskyttelse mot utnyttelser, og overgår de fleste leverandører som Fortinet, Palo Alto, Zscaler osv.

Juniper tilbyr også Fotoniske integrerte kretser (PICs), som for tiden hovedsakelig brukes til datatransmisjon og sensorer. De forventes å bli en integrert del av fremtidige fotonikk‑baserte datamaskiner.

Source: Synopsis

9. Rigetti Computing, Inc.

Rigetti er et kvantedatabehandlingsselskap, «eier kritisk IP for vår banebrytende multi‑chip‑prosessor og den hybride kvante‑klassiske tilnærmingen som har blitt den dominerende kvantedatabehandlingsarkitekturen».

Selskapet integrerer alle trinnene som trengs for kvantedatabehandling, fra brikkedesign og produksjon til sky‑levering av beregningskraft.

Source: Rigetti

Selskapet fokuserer ikke så mye på å legge til så mange qubits som mulig (som giganter som Intel gjør), men på å perfeksjonere sitt eksisterende produkt og oppnå et svært høyt nivå av nøyaktighet og hastighet, noe som gjør det til et mer pålitelig kommersielt produkt.

Den siste iterasjonen, den 84‑qubit‑Ankaa‑3, forventes å bli avslørt i andre halvdel av 2024. Basert på Ankaa‑konseptet, har selskapet som mål et 336+‑qubit‑system på lang sikt.

Source: Rigetti

I desember 2023 begynte Rigetti å selge 9‑qubit‑systemet Novera, en «mini‑kvantedatamaskin» som selges for «kun» $900 000 med 4‑6 ukers levering.

De første kundene inkluderte Fermilabs SQMS‑senter, Air Force Research Lab og Horizon Quantum Computing.

Selskapet kunngjorde våren 2024 at det ville bli med i Russell 3000‑indeksen.

10. IPG Photonics

IPG er en laserprodusent som produserer praktisk talt alle typer lasere, inkludert fiber‑, diode‑, UV‑ og dyp‑UV‑lasere. Med 6 200 ansatte sender de mer enn 42 000 laser‑enheter per år.

Deres spesialitet er fiberlasere, med høyt presisjonsnivå og evnen til å levere laserpulser så korte som et femtosekund (en kvadrilliontedel av et sekund).

IPG‑lasere brukes for tiden til:

• Avanserte vitenskapelige applikasjoner (spektroskopi, mikroskopi, interferometri, optisk fangst, osv.)
• Produksjon av batterier og elektriske motorer for el‑biler.
• Materialbehandling, spesielt metallskjæring, -gravering, -rengjøring og laser‑3D‑printing.
• Laser‑mikroprosessering, hvor lasere brukes til å lage ultralette strukturer.

Selv om fremskritt i fotonikkbrikker vil være nødvendige for å skape helt fotonikk‑baserte datamaskiner, vet vi allerede at det vil integrere en spesifikk og allerede vanlig komponent: lasere.

Lyset for fotonisk databehandling må baseres på svært stabilt lys som emitteres av laseren. Så ledere i laserindustrien, som IPG, vil dra nytte av en boom i etterspørselen etter lasere fra halvlederindustrien som gradvis går over til fotonikk.

Og i dette unge segmentet kan ultrakorte laserimpulser omdannes til ultrarask datakraft.