As 10 principais empresas de computação sem silício

Do silício às novas formas de computação

A indústria da computação nasceu quando dispositivos mecânicos passaram a realizar cálculos até então reservados ao cérebro humano. Mas foi com tubos de vácuo e, mais tarde, com transistores que verdadeiros computadores começaram a ser criados.

A próxima revolução foram os chips de computador de silício, com densidade de transistores cada vez maior para um poder de computação cada vez maior.

Fonte: Mobile First

Atualmente, a indústria de semicondutores está experimentando sistemas cada vez mais poderosos para criar chips na faixa de 5 nm e até de 2 nm. Isto está nos aproximando cada vez mais de um problema, pois, a certa altura, não será mais possível usar transistores de silício cada vez menores.

Um único átomo de silício é um limite teórico, mas problemas práticos de engenharia provavelmente farão com que isso aconteça antes desse limite.

Então, o poder da computação irá parar de progredir a partir daqui? Provavelmente não.

No entanto, a solução será realizar cálculos usando princípios inteiramente novos. Na verdade, existem muitas maneiras possíveis de realizar computação sem depender de transistores de silício. Podemos analisar as ideias mais promissoras sem entrar em detalhes técnicos.

Semicondutores sem silício

Um semicondutor é um material com a capacidade de alternar entre ser condutivo (transmite corrente elétrica, cria um dado “1” em binário) ou um isolante (bloqueia a corrente elétrica, cria um dado “0” em binário).

O silício tem sido o material preferido para a criação de chips semicondutores, mas muitas alternativas estão sendo exploradas. Qualquer material que apresente a propriedade chamada band gap pode ser um bom candidato.

Fonte: Educação Energética

Dióxido de vanádio

Há muito tempo o dióxido de vanádio é visto como uma boa opção para substituir o silício. Isso ocorre porque ele passa por um fenômeno conhecido como “passando por transições metal-isolante”, que leva apenas um tempo. trilionésimo de um segundo.

A velocidade da transição metal-isolante deve permitir eletrônicos mais rápidos e menores em comparação com os eletrônicos clássicos baseados em silício.

Pesquisas recentes conseguiram estudar o dióxido de vanádio depositado sobre um substrato de dióxido de titânio.

Eles também descobriram que o dióxido de titânio também pode ser um semicondutor. Esta descoberta poderia permitir a criação de chips neuromórficos que poderiam aprender no nível do hardware, inspirando-se nos cérebros de sistemas vivos com neurônios.

Graças à sua transição muito rápida de isolante para metal, o dióxido de vanádio com um substrato ativo de dióxido de titânio poderia ser usado para criar Osciladores de pico semelhantes a neurônios Mott capaz de replicar neurônios biológicos no nível do hardware.

Grafeno

Outro bom candidato é o grafeno, um material 2D com condutividade elétrica extremamente alta. É até um potencial supercondutor e um “material maravilhoso” cujas propriedades ainda estão sendo descobertas em tempo real.

Você pode ler mais sobre os primeiros esforços bem-sucedidos para transformar o grafeno em um material semicondutor em nosso artigo “Semicondutores de grafeno – eles finalmente chegaram?"

Materiais orgânicos

De acordo com uma descoberta recente, o material orgânico poderia ser forçado a formar uma estrutura 2D semelhante ao grafeno. Isto poderia torná-los tão ultracondutores quanto o grafeno, ao mesmo tempo que exibem naturalmente propriedades semicondutoras, ao contrário do grafeno, que tem de ser “forçado a fazê-lo”.

Você pode aprender mais sobre esta opção em “Os semicondutores orgânicos podem combinar os benefícios do grafeno e do silício?"

Otimizando o uso de energia de semicondutores

Um problema com o uso de transistores cada vez mais rápidos e menores é o crescente consumo de energia.

Uma alternativa poderia ser usar uma técnica chamada “redox gating”. Isto depende mais de uma reação química (redox) e pode reduzir drasticamente a demanda de energia.

Se o preço da computação começar a subir devido aos custos de energia mais do que os próprios chips, esta é uma solução que também poderemos ver implementada. Exploramos as últimas notícias sobre este tópico em “Redox Gating pode levar a novos níveis de eficiência em pequenos eletrônicos".

Photonics

Materiais semicondutores alternativos tentam substituir o silício. Mas e se a computação fosse feita inteiramente sem o uso de elétrons, transistores e semicondutores?

Essa é a ideia da fotônica, buscando realizar a computação diretamente com a luz.

A luz é a coisa mais rápida do universo, então pode ser muito mais rápida que a computação baseada em silício e semicondutores.

Na prática, fotônica ainda pode envolver silício mas também poderia confie em cristais.

Devido à natureza ondulatória da luz, o design fotônico depende de curvas e princípios de design exclusivos (e ainda não tecnologicamente maduros) que diferem daqueles usados ​​para semicondutores.

Fonte: Sinopse

Computação quântica

A computação também poderia ser realizada medindo não a corrente elétrica, mas o estado quântico das partículas.

Em vez de gerar 0 e 1 (sem corrente ou corrente), ele usa “bits quânticos”, chamados qubits, onde os dados das partículas são 0 E 1 ao mesmo tempo, ou 1, ou 0.

Devido à diferença fundamental no cálculo, a computação quântica não é uma alternativa à computação “normal”, mas sim um complemento.

A computação padrão funciona linearmente e enfrenta cálculos muito complexos, como modelagem climática, criptografia ou configuração 3D de moléculas complexas como proteínas. E este é precisamente o tipo de cálculo em que se espera que a computação quântica se destaque.

Portanto, embora talvez não substituam o silício, os computadores quânticos poderiam realizar tarefas melhores que antes eram quase impossíveis para os chips de silício.

Você pode ler mais sobre as últimas novidades em computação quântica em nosso artigo “O estado atual da computação quântica".

Organóides Biológicos

Nossos cérebros são essencialmente supercomputadores, pelo menos quando se trata de processos como reconhecimento de padrões, linguagem, etc. E muito eficientes nisso, consumindo apenas algumas dezenas de watts.

Uma startup suíça, FinalSpark, desenvolveu agora uma esfera grande de 0.5 mm (organóides) feita de 10,000 neurônios humanos. E o usa para realizar cálculos. O serviço estará acessível até mesmo pela nuvem.

Este é um campo muito novo e ainda não está claro até onde irá. Mas quem sabe, talvez um dia nossos dispositivos autônomos funcionem com neurônios em vez de chips.

Os 10 principais estoques sem silício

1. International Business Machines Corporation

A International Business Machines Corporation (IBM) foi a principal força por trás da comercialização do primeiro computador mainframe. No entanto, ficou para trás no volume de produção de outros gigantes da tecnologia como Apple, TSMC e NVIDIA.

Está, no entanto, na vanguarda do desenvolvimento de computadores quânticos. Por exemplo, desenvolveu seu computador quântico “Eagle” de 127 qubits, que foi seguido por um sistema de 433 qubits conhecido como “Osprey”.

E isso é agora seguido por “Condor”, um processador quântico supercondutor de 1,121 qubits baseado na tecnologia de porta de ressonância cruzada, juntamente com “Heron”, um processador quântico no limite do campo.

A IBM está envolvida na maioria das outras inovações de ponta na computação e na indústria de semicondutores. Esses incluem conduzindo materiais orgânicos, computação neuromórfica, fotônica, etc.

Até certo ponto, a IBM tornou-se uma “empresa de patentes” com experiência no desenvolvimento de novos métodos de computação e no licenciamento dos mesmos para a indústria.

Até agora, parece muito determinado a deter o maior número possível de patentes importantes em todos os métodos de computação sem silício, replicando o seu sucesso passado ao contribuir maciçamente para o desenvolvimento da indústria de semicondutores no gigante que é hoje.

2. Corporação Microsoft

Já líder em serviços de nuvem “normais”, a Microsoft é pioneira na oferta de serviços de computação quântica em nuvem com Azure Quântico.

É bem possível que a maior parte da computação quântica no futuro seja feita “remotamente”, contando com serviços de nuvem como o da Microsoft, em vez de acesso direto a um computador quântico.

Isto é especialmente provável porque a maioria das aplicações de computação quântica serão pesquisadas por bioquímicos, especialistas em ciência de materiais, cientistas climáticos e outros especialistas sem formação específica em computação quântica.

Portanto, contar com profissionais dedicados que trabalham em empresas como IBM, Microsoft ou Google para lidar com a parte de computação faz mais sentido do que contratar ou treinar pessoas sem treinamento na área.

Ofertas de serviços da Microsoft “computação híbrida”, misturando computação quântica com serviço tradicional de supercomputador baseado em nuvem.

Fonte: Microsoft

Em vez da integração vertical, a abordagem da Microsoft à computação quântica tem sido estabelecer parcerias com líderes na área que abrangem praticamente todas as tecnologias possíveis para atingir a computação quântica, como IonQ (IONQ), Pascal, quântico, QCI (QUBT), e Rigetti (RGTI).

Fonte: Microsoft

Microsoft também estabeleceu no final de 2023 uma colaboração com as Fotônico, uma empresa que trabalha na fusão de computação quântica e fotônica.

A Microsoft também vem trabalhando em chips fotônicos analógicos para o setor financeiro.

A computação quântica não é central para os negócios da Microsoft, pelo menos por enquanto. No entanto, a empresa é um ator central do setor e pode ser uma escolha "mais segura" do que adquirir diretamente ações de seus parceiros de computação quântica de capital aberto, como QCI ou Rigetti.

3. Alphabet Inc.

O Google é muito ativo na computação quântica, principalmente por meio do laboratório Google Quantum AI e do campus Quantum AI em Santa Bárbara.

O computador quântico do Google fez história em 2019, quando o Google afirmou ter alcançado a “supremacia quântica” com sua máquina Sycamore, realizando um cálculo em 200 segundos que um supercomputador convencional levaria 10,000 anos.

Mas talvez a maior contribuição do Google seja em software, uma atividade na qual ele tem um histórico muito melhor do que em hardware (busca, GSuit, Android, etc.). A Quantum AI do Google já disponibiliza um conjunto de softwares projetados para auxiliar cientistas no desenvolvimento de algoritmos quânticos.

O Google também é um apoiador ativo de empresas fotônicas como a Lightmatter.

É provável que o Google seja uma das empresas que estabelece os padrões de software e programação de computação quântica, proporcionando um lugar privilegiado para direcionar a evolução do campo no futuro. Sua poderosa rede e atividade de VC provavelmente também darão lugar a qualquer outra forma de computação não baseada em silício.

4. Intel

A Intel é uma grande produtora de chips e parece ter como objetivo aproveitar essa força na área da computação quântica.

Foi lançado recentemente “Tunnel Falls”, o “chip qubit de spin de silício mais avançado”. O que é notável nisso é que não é um protótipo, mas um chip construído em escala, com uma taxa de rendimento de 95% no wafer e uniformidade de tensão. Isto abre caminho para a produção em massa de chips de computação quântica, algo por enquanto indescritível numa indústria nascente e em rápida mudança.

Fonte: Intel

Fiel às suas raízes, a Intel também está desenvolvendo o software para utilizar seus chips, com o lançamento do SDK Intel Quantum. Isso fornece a diretriz para programadores desenvolverem software para computação quântica compatível com o design de chip quântico da Intel, que historicamente tem sido um fosso comercial muito forte e lucrativo para o negócio de chips convencionais da Intel.

Fonte: Intel

A chegada da fabricação escalonável de chips quânticos pode ser tão revolucionária para a indústria quanto qualquer outro avanço científico mais técnico, reduzindo custos e estabelecendo padrões de programação e arquiteturas de chips comuns.

No final de 2023, a Intel decidiu para alienar seu negócio de fotônica para Jabil (JBL).

No geral, a Intel está progredindo na computação quântica e parece ter uma estratégia clara para focar neste tópico acima da fotônica e outras alternativas.

5. Nvidia

O principal fabricante de placas gráficas e, mais recentemente, de plataformas de mineração de criptomoedas e chips de IA, agora realmente evoluiu de um fabricante de peças de PC para um dos gigantes globais da tecnologia.

A Nvidia também atua no espaço da computação quântica, com seu NVIDIA DGX Quantum combinando chips normais e computação quântica usando a plataforma de software quântico CUDA de código aberto.

Fonte: Nvidia

Procurando reforçar sua liderança em IA, a Nvidia também lançou seu QuantumX-800 para redes otimizadas por IA em data centers.

Quando se trata de fotônica, Nvidia firmou parceria com TSMC e Broadcom. Ele procurará criar um único módulo por meio de óptica co-embalada (CPO), integrando chips de silício clássicos e fotônica.

No geral, o sucesso da Nvidia está intimamente ligado ao atual boom da IA, com a computação quântica e a fotônica em segundo lugar. No entanto, a empresa também se beneficiará do crescimento desses setores e parece estar se mantendo na disputa.

6. Quantinuum / Honeywell

A Quantinuum é o resultado da fusão da Honeywell Quantum Solutions e da Cambridge Quantum (e, como mencionado, parceira da computação quântica em nuvem da Microsoft).

A Quantinuum parece, por enquanto, concentrar-se em segmentos menos explorados por outros sistemas de computação quântica, nomeadamente análises financeiras e relacionadas com a cadeia de abastecimento, através do seu motor Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), lançado em setembro de 2023.

O QMCI se aplica a problemas que não têm solução analítica, como precificação de derivativos financeiros ou simulação de resultados de experimentos de física de partículas de alta energia, e promete avanços computacionais em negócios, energia, logística da cadeia de suprimentos e outros setores.

Assim como a Microsoft, a computação quântica não é a parte central dos negócios da Honeywell, que está mais centrada em produtos aeroespaciais, automação e produtos químicos e materiais especiais.

No entanto, considerando que cada um destes segmentos de negócios poderia beneficiar da computação quântica, não é difícil ver o caso de negócio para a Honeywell se envolver.

Portanto, isto faz da Honeywell um fornecedor de serviços de computação quântica e uma das empresas que poderia beneficiar da aplicação de computadores quânticos a casos de negócios da vida real, algo que a integração da Quantinuum no grupo deverá ajudar a promover a um ritmo mais rápido do que o seu desenvolvimento industrial. concorrentes.

7. Synopsys

Qualquer sistema fotônico terá que ser integrado tão perfeitamente quanto possível com sistemas de silício, pelo menos inicialmente. A sinopse pode ajudar com isso.

A empresa é especialista em design e verificação de silício, o que significa que seu software é usado para projetar novos chips, incluindo chips ultraavançados de 5 nm e abaixo.

A empresa também oferece software para fotônica descrito como “O único fluxo de design perfeito do setor para dispositivos fotônicos, sistemas e circuitos integrados”. Isto permite lidar com o design e simulação de novos dispositivos fotônicos.

Fonte: Sinopse

A empresa também desenvolveu uma joint venture com a Juniper Network para criar OpenLightName, uma empresa de fotônica que usa fosfeto de índio.

8. Rede Junípero

A Juniper afirma oferecer a solução sem fio nativa em nuvem nº 1 e a única rede Wi-Fi baseada em IA. Isso a coloca em competição direta com gigantes mais antigas e consolidadas, como a Cisco. A tecnologia da Juniper, a Juniper Mist, é considerada mais escalável. flexível e melhor na detecção de anomalias do que as ofertas equivalentes da Cisco.

As soluções da empresa dependem fortemente de IA, com seu mecanismo de IA “Marvis” usado em todos os níveis de rede, do usuário ao data center.

Fonte: Zimbro

Em relação à segurança, a Juniper também apresenta excelentes resultados em firewalls, defesa contra ameaças e defesa contra explorações, superando a maioria dos fornecedores como Fortinet, Palo Alto, Zscaler, etc.

A Juniper também oferece Circuitos Integrados Fotônicos (PICs), que atualmente são usados ​​principalmente para transmissão de dados e sensores. Espera-se que eles sejam parte integrante dos futuros computadores baseados em fotônica.

Fonte: Sinopse

9. Rigetti Computação, Inc.

Riggeti é uma empresa de computação quântica, “possuir IP crítico para nosso inovador processador multichip e a abordagem híbrida quântica clássica que se tornou a arquitetura de computação quântica predominante. ".

A empresa está integrando todas as etapas necessárias para a computação quântica, desde o design e fabricação de chips até a entrega do poder de computação na nuvem.

Fonte: Rigetti

A empresa está focada não tanto em adicionar o maior número possível de qubits (como gigantes como a Intel estão fazendo), mas em aperfeiçoar seu produto existente e alcançar um nível muito alto de fidelidade e velocidade, tornando-o um produto comercial mais confiável.

Sua última iteração, o Ankaa-84 de 3 qubits, deverá ser revelada no segundo semestre de 2024. Com base no conceito Ankaa, a empresa pretende um sistema com mais de 336 qubits no longo prazo.

Fonte: Rigetti

Em dezembro de 2023, a Rigetti iniciou as vendas do Sistema Novera de 9 qubits, um “mini computador quântico” vendido por “apenas” US$ 900,000 e entrega em 4 a 6 semanas.

Os primeiros clientes incluíram o SQMS Center do Fermilab, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea e a Horizon Quantum Computing.

A empresa anunciou na primavera de 2024 que iria junte-se ao Índice Russel 3000.

10. Fotônica IPG

IPG é um fabricante de laser que produz praticamente todos os tipos de lasers, incluindo lasers de fibra, diodo, UV e UV profundo. Com 6,200 funcionários, envia mais de 42,000 dispositivos laser por ano.

Sua especialidade são lasers de fibra, com altos níveis de precisão e capacidade de emitir pulsos de laser tão curtos quanto um femtossegundo (um quatrilionésimo de segundo).

Os lasers IPG são usados ​​atualmente para:

• Aplicações científicas avançadas (espectroscopia, microscopia, interferometria, captura óptica, etc.)
• Fabricação de baterias e motores elétricos para veículos elétricos.
• Processamento de materiais, especialmente corte de metal, escultura, limpeza e impressão 3D a laser.
• Microprocessamento a laser, onde os lasers são usados ​​para criar estruturas ultrapequenas.

Embora sejam necessários avanços nos chips fotônicos para criar computadores inteiramente baseados em fotônica, já sabemos que eles integrarão muitos componentes específicos e já comuns: os lasers.

A luz para a computação fotônica precisa ser baseada em luz muito estável emitida pelo laser. Assim, os líderes da indústria do laser, como o IPG, beneficiariam de um boom na procura de laser devido à mudança progressiva da indústria de semicondutores para a fotónica.

E nesse segmento nascente, impulsos de laser ultracurtos podem ser transformados em poder de computação ultrarrápido.