10 крупнейших некремниевых компьютерных компаний

От кремния к новым формам вычислений

Компьютерная индустрия зародилась, когда механические устройства начали выполнять вычисления, которые до того времени были доступны только человеческому мозгу. Но именно с помощью электронных ламп, а затем и транзисторов начали создаваться настоящие компьютеры.

Следующей революцией стали кремниевые компьютерные чипы с постоянно растущей плотностью транзисторов для постоянно растущей вычислительной мощности.

Источник: Mobile First

В настоящее время полупроводниковая промышленность экспериментирует со все более мощными системами для создания чипов в диапазоне 5 и даже 2 нм. Это приближает нас к проблеме, поскольку в какой-то момент использование кремниевых транзисторов все меньшего и меньшего размера станет невозможным.

Один атом кремния — это теоретический предел, но практические инженерные проблемы, вероятно, позволят достичь этого порога.

Итак, перестанет ли отсюда расти вычислительная мощность? Возможно нет.

Однако решение будет состоять в том, чтобы выполнять вычисления, используя совершенно новые принципы. На самом деле существует множество потенциальных способов выполнения вычислений без использования кремниевых транзисторов. Мы можем рассмотреть наиболее перспективные идеи, не вдаваясь в технические детали.

Некремниевые полупроводники

Полупроводник — это материал, способный переключаться между проводящим (передает электрический ток, создает данные «1» в двоичном формате) или изоляционным (блокирует электрический ток, создает данные «0» в двоичном формате).

Кремний был предпочтительным материалом для создания полупроводниковых чипов, но сейчас изучается множество альтернатив. Любой материал, обладающий свойством, называемым запрещенной зоной, может быть хорошим кандидатом.

Источник: Энергетическое образование

Диоксид ванадия

В течение долгого времени диоксид ванадия считался хорошей альтернативой кремнию. Это связано с тем, что он подвергается явлению, известному как «переход металл-изолятор», который занимает всего лишь некоторое время. триллионная секунды.

Скорость перехода металл-изолятор должна позволить создавать более быструю и компактную электронику по сравнению с классической электроникой на основе кремния.

Недавние исследования позволили изучить диоксид ванадия, нанесенный на подложку из диоксида титана..

Они также обнаружили, что диоксид титана также может быть полупроводником. Это открытие может позволить создать нейроморфные чипы, которые смогут обучаться на аппаратном уровне, черпая вдохновение из мозга живых систем с нейронами.

Благодаря очень быстрому переходу изолятор-металл диоксид ванадия с активной подложкой из диоксида титана может быть использован для создания Нейроноподобные импульсные генераторы Мотта способны реплицировать на аппаратном уровне биологические нейроны.

Графен

Еще одним хорошим кандидатом является графен, двумерный материал с чрезвычайно высокой электропроводностью. Это даже потенциальный сверхпроводник и «чудо-материал», свойства которого до сих пор обнаруживаются в режиме реального времени.

Подробнее о первых в истории успешных попытках превратить графен в полупроводниковый материал вы можете прочитать в нашей статье «Графеновые полупроводники – они наконец здесь?

Органические материалы

Согласно недавнему открытию, органический материал может сформировать двумерную структуру, подобную графену. Это может сделать их такими же сверхпроводящими, как графен, но при этом естественным образом проявлять полупроводниковые свойства, в отличие от графена, который нужно «заставлять делать это».

Подробнее об этой опции вы можете узнать в разделе «Могут ли органические полупроводники объединить преимущества графена и кремния?

Оптимизация энергопотребления полупроводников

Проблема с использованием все более быстрых и меньших по размеру транзисторов заключается в растущем энергопотреблении.

Альтернативой может быть использование метода, называемого «окислительно-восстановительный вентиль». Это больше зависит от химической реакции (окислительно-восстановительной реакции) и может значительно снизить энергопотребление.

Если стоимость вычислений начнет расти из-за затрат на электроэнергию больше, чем сами чипы, это решение, возможно, также будет реализовано. Мы изучили последние новости по этой теме в разделе «Redox Gating может привести к новому уровню эффективности в крошечной электронике».

Фотоника

Альтернативные полупроводниковые материалы пытаются заменить кремний. Но что, если бы вычисления проводились полностью без использования электронов, транзисторов и полупроводников?

В этом заключается идея фотоники, направленной на выполнение вычислений непосредственно с помощью света.

Свет — самая быстрая вещь во Вселенной, поэтому он может быть на несколько порядков быстрее, чем вычисления на основе кремния и полупроводников.

На практике, фотоника все еще может включать кремний но мог бы также полагаться на кристаллы.

Из-за волновой природы света фотонные конструкции опираются на кривые и уникальные (и пока еще не до конца технологически развитые) принципы проектирования, которые отличаются от тех, которые используются для полупроводников.

Источник: конспект

Квантовые вычисления

Вычисления также можно было бы выполнять, измеряя не электрический ток, а квантовое состояние частиц.

Вместо генерации 0 и 1 (нет тока или тока) он использует «квантовые биты», называемые кубитами, где данные частиц — это либо 0 И 1 одновременно, либо 1, либо 0.

Из-за фундаментальной разницы в вычислениях квантовые вычисления являются не альтернативой «обычным» вычислениям, а, скорее, дополнением.

Стандартные вычисления работают линейно и с трудом справляются с очень сложными вычислениями, такими как моделирование климата, криптография или трехмерная конфигурация сложных молекул, таких как белки. Ожидается, что именно в этом типе вычислений квантовые вычисления преуспеют.

Таким образом, хотя квантовые компьютеры, возможно, и не заменят кремний, они смогут выполнять более эффективные задачи, которые ранее были практически невозможны для кремниевых чипов.

Подробнее о последних новостях в области квантовых вычислений вы можете прочитать в нашей статье «Текущее состояние квантовых вычислений».

Биологические органоиды

Наш мозг, по сути, является суперкомпьютером, по крайней мере, когда дело касается таких процессов, как распознавание образов, язык и т. д. И при этом очень эффективен, потребляя всего несколько десятков ватт.

Швейцарский стартап FinalSpark разработал сферу размером 0.5 мм (органоиды), состоящую из 10,000 XNUMX человеческих нейронов.. И использует его для выполнения вычислений. Сервис будет доступен даже через облако.

Это очень новая область, и пока неясно, как далеко она зайдет. Но кто знает, может быть, однажды наши беспилотные устройства будут работать на нейронах, а не на чипах.

Топ-10 акций некремниевых компаний

1. International Business Machines Corporation

Международная корпорация Business Machines (IBM) была ведущей силой в коммерциализации первого мэйнфрейма. Однако по объему производства он отстает от других технологических гигантов, таких как Apple, TSMC и NVIDIA.

Однако он находится на переднем крае разработки квантовых компьютеров. Например, она разработала свой 127-кубитный квантовый компьютер «Орел», за которым последовала 433-кубитная система, известная как «Оспри».

И это сейчас за ним следует «Кондор», квантовый процессор из 1,121 сверхпроводящего кубита. на основе технологии перекрестного резонанса совместно с «Heron», квантовым процессором на самом краю поля.

IBM участвует в большинстве других передовых инноваций в области вычислений и полупроводниковой промышленности. К ним относятся проведение органических материалов, нейроморфные вычисления, фотоника, и т.д.

В некоторой степени IBM стала «патентной компанией», обладающей опытом в разработке новых вычислительных методов и лицензировании их для отрасли.

На данный момент компания, похоже, полна решимости получить как можно больше ключевых патентов на все некремниевые вычислительные методы, повторяя свой прошлый успех, внося огромный вклад в развитие полупроводниковой промышленности до того гиганта, которым она является сегодня.

2. Корпорация Microsoft

Microsoft, уже будучи лидером в области «обычных» облачных услуг, является пионером в предложении облачных услуг квантовых вычислений с Лазурный Квант.

Вполне возможно, что в будущем большая часть квантовых вычислений будет осуществляться «удалённо», с использованием облачных сервисов, таких как Microsoft, а не прямого доступа к квантовому компьютеру.

Это особенно вероятно, поскольку большинство приложений квантовых вычислений будут исследоваться биохимиками, экспертами в области материаловедения, климатологами и другими специалистами, не имеющими специального опыта в области квантовых вычислений.

Поэтому полагаться на преданных своему делу профессионалов, работающих в таких компаниях, как IBM, Microsoft или Google, которые будут заниматься вычислительной частью, имеет больше смысла, чем нанимать или обучать людей, не имеющих подготовки в этой области.

Предложения услуг Майкрософт «гибридные вычисления», сочетающие квантовые вычисления с традиционными облачными суперкомпьютерными услугами..

Источник: Microsoft

Вместо вертикальной интеграции подход Microsoft к квантовым вычислениям заключался в установлении партнерских отношений с лидерами в этой области, охватывающих практически все технологии, которые можно использовать для достижения квантовых вычислений, такие как ИонКью (ИОНК), Паскаль, квантинуум, QCI (КУБТ) и Rigetti (РГТИ).

Источник: Microsoft

Microsoft также установили в конце 2023 года сотрудничество с Фотонный, компания, работающая над объединением квантовых вычислений и фотоники.

Microsoft также работал над аналоговыми фотонными чипами для финансовой индустрии.

Квантовые вычисления не являются ключевым направлением деятельности Microsoft, по крайней мере, пока. Тем не менее, компания играет ключевую роль в этом секторе и может быть более безопасным вариантом для покупки акций, чем прямое приобретение акций её партнёров в области квантовых вычислений, торгующихся на бирже, таких как QCI или Rigetti.

3. Alphabet Inc.

Google очень активно занимается квантовыми вычислениями, в основном через свою лабораторию Google Quantum AI и кампус Quantum AI в Санта-Барбаре.

Квантовый компьютер Google вошел в историю в 2019 году, когда компания заявила о достижении «квантового превосходства» с помощью своей машины Sycamore, выполнив за 200 секунд вычисления, на которые обычному суперкомпьютеру потребовалось бы 10,000 XNUMX лет.

Но, возможно, наибольший вклад Google сделает в области программного обеспечения, где компания имеет гораздо лучшие показатели, чем в области аппаратного обеспечения (поиск, GSuit, Android и т. д.). Google Quantum AI уже предлагает набор программного обеспечения, призванного помочь учёным в разработке квантовых алгоритмов.

Google также является активный покровитель компаний фотоники, таких как Lightmatter.

Google, вероятно, станет одной из компаний, устанавливающих стандарты программного обеспечения и программирования для квантовых вычислений, предоставляя привилегированное место для определения направления развития этой области в будущем. Его мощная сеть и деятельность венчурного капитала также, вероятно, дадут место в любой другой форме вычислений, не основанной на кремнии.

4. Intel

Intel является крупным производителем чипов и, похоже, намерена использовать свои преимущества на арене квантовых вычислений.

Недавно он выпустил «Туннельный водопад», «самый продвинутый кремниевый чип спинового кубита». Что примечательно в нем, так это то, что это не прототип, а чип, построенный в большом масштабе, с выходом годности 95% по всей пластине и однородностью напряжения. Это открывает путь к массовому производству чипов квантовых вычислений, что пока неуловимо в зарождающейся и быстро меняющейся отрасли.

Источник: Intel

Верная своим корням, Intel также разрабатывает программное обеспечение для использования своих чипов, выпустив Intel Quantum SDK. Это руководство для программистов по разработке программного обеспечения для квантовых вычислений, совместимого с конструкцией квантовых микросхем Intel, которая исторически была очень сильным и прибыльным бизнес-рвом для бизнеса Intel по производству обычных микросхем.

Источник: Intel

Появление масштабируемого производства квантовых чипов может стать столь же революционным для отрасли, как и любой другой более технический научный прорыв, снизив затраты и установив общие стандарты программирования и архитектуры чипов.

В конце 2023 года Intel решила продать свой фотонный бизнес в Jabil (JBL).

В целом, Intel добилась прогресса в области квантовых вычислений и, похоже, имеет четкую стратегию, позволяющую сосредоточиться на этой теме выше фотоники и других альтернатив.

5. Nvidia

Ведущий производитель графических карт, а в последнее время и оборудования для майнинга криптовалюты и чипов искусственного интеллекта теперь действительно превратился из производителя комплектующих для ПК в одного из мировых технологических гигантов.

Nvidia также активно работает в области квантовых вычислений со своей NVIDIA DGX Квантум объединение обычных чипов и квантовых вычислений с использованием новой квантовой программной платформы CUDA с открытым исходным кодом.

Источник: Nvidia

Стремясь укрепить свое лидерство в области искусственного интеллекта, Nvidia также выпустила QuantumX-800 для сетей, оптимизированных для искусственного интеллекта, в центрах обработки данных.

Что касается фотоники, Nvidia заключила партнерство с TSMC и Broadcom. Он будет стремиться создать единый модуль с помощью комбинированной оптики (CPO), объединяющей классические кремниевые чипы и фотонику.

В целом, успех Nvidia тесно связан с текущим бумом искусственного интеллекта, а квантовые вычисления и фотоника занимают второе место. Однако компания также выиграет от роста этих секторов и, похоже, сохранит лидирующие позиции.

6. Квантинуум / Ханивелл

Quantinuum — результат слияния Honeywell Quantum Solutions и Cambridge Quantum (и, как уже упоминалось, партнера Microsoft по квантовым облачным вычислениям).

Похоже, что на данный момент Quantinuum сосредоточится на сегментах, менее изученных другими системами квантовых вычислений, в частности, на финансовом анализе и анализе цепочек поставок, с помощью своего механизма Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), запущенного в сентябре 2023 года.

QMCI применяется к проблемам, которые не имеют аналитического решения, таким как ценообразование финансовых производных инструментов или моделирование результатов экспериментов по физике частиц высоких энергий, и обещает вычислительные достижения в бизнесе, энергетике, логистике цепочек поставок и других секторах.

Как и в случае с Microsoft, квантовые вычисления не являются центральной частью бизнеса Honeywell, который больше сосредоточен вокруг продукции в сфере аэрокосмической промышленности, автоматизации, а также специальных химикатов и материалов.

Однако, учитывая, что каждый из этих бизнес-сегментов может получить выгоду от квантовых вычислений, нетрудно увидеть экономическое обоснование участия Honeywell.

Таким образом, это делает Honeywell одновременно поставщиком услуг квантовых вычислений и одной из компаний, которые могли бы получить выгоду от применения квантовых компьютеров в реальных бизнес-задачах, чему интеграция Quantinuum в группу должна способствовать более быстрым темпам, чем ее промышленные предприятия. конкуренты.

7. Synopsys

Любая фотонная система должна быть как можно более плавно интегрирована с кремниевыми системами, по крайней мере, на начальном этапе. Синопсис может помочь в этом.

Компания специализируется на проектировании и проверке полупроводниковых микросхем, то есть ее программное обеспечение используется для разработки новых чипов, в том числе ультрасовременные чипы 5 нм и ниже.

Компания также предлагает программное обеспечение для фотоники, описываемое как «Единственный в отрасли непрерывный процесс проектирования фотонных устройств, систем и интегральных схем». Это позволяет обрабатывать дизайн интерфейса и моделирование новых устройств фотоники.

Источник: конспект

Компания также создала совместное предприятие с Juniper Network для создания Открытый свет, компания фотоники, использующая фосфид индия.

8. Джунипер Сеть

Компания Juniper заявляет, что предлагает облачное беспроводное решение №1 и единственную сеть Wi-Fi на базе искусственного интеллекта. Это делает её прямым конкурентом более опытным и авторитетным гигантам, таким как Cisco. Технология Juniper, Juniper Mist, считается более масштабируемой. гибкий и лучший в обнаружении аномалий чем аналогичные предложения Cisco.

Решения компании в значительной степени основаны на искусственном интеллекте, а ее ИИ-движок «Marvis» используется на всех уровнях сети — от пользователя до центра обработки данных.

Источник: Можжевельник

Что касается безопасности, Juniper также показывает выдающиеся результаты в области межсетевых экранов, защиты от угроз и защиты от эксплойтов, опережая большинство поставщиков, таких как Fortinet, Palo Alto, Zscaler и т. д.

Можжевельник также предлагает Фотонные интегральные схемы (PIC), которые в настоящее время в основном используются для передачи данных и датчиков. Ожидается, что они станут неотъемлемой частью будущих компьютеров на основе фотоники.

Источник: конспект

9. Ригетти Компьютинг, Инк.

Риггети — компания, занимающаяся квантовыми компьютерами»,владение важной интеллектуальной собственностью для нашего революционного многокристального процессора и гибридного квантово-классического подхода, который стал преобладающей архитектурой квантовых вычислений.. ».

Компания интегрирует все этапы, необходимые для квантовых вычислений: от проектирования и производства чипов до доставки вычислительной мощности в облако.

Источник: Rigetti

Компания сосредоточена не столько на добавлении как можно большего количества кубитов (как это делают такие гиганты, как Intel), сколько на совершенствовании существующего продукта и достижении очень высокого уровня точности и скорости, что делает его более надежным коммерческим продуктом.

Ожидается, что его последняя итерация, 84-кубитная Ankaa-3, будет представлена ​​во второй половине 2024 года. Основываясь на концепции Ankaa, компания стремится в долгосрочной перспективе создать систему с 336+ кубитами.

Источник: Rigetti

В декабре 2023 года Ригетти начала продажи 9-кубитная система Новера, «мини-квантовый компьютер», который продается «всего» за 900,000 4 долларов и доставляется в течение 6-XNUMX недель.

Среди первых клиентов были Центр SQMS Фермилаба, Исследовательская лаборатория ВВС и компания Horizon Quantum Computing.

Весной 2024 года компания объявила, что будет присоединиться к индексу Russel 3000.

10. ИПГ Фотоникс

IPG — производитель лазеров, который производит практически все типы лазеров, включая волоконные, диодные, УФ-лазеры и лазеры глубокого УФ-излучения. В компании работает 6,200 сотрудников, и она поставляет более 42,000 XNUMX лазерных устройств в год.

Ее специализация — волоконные лазеры с высоким уровнем точности и способностью генерировать лазерные импульсы длительностью до фемтосекунды (одна квадриллионная доля секунды).

Лазеры IPG в настоящее время используются для:

• Передовые научные приложения (спектроскопия, микроскопия, интерферометрия, оптический захват и т.д.)
• Производство аккумуляторов для электромобилей и электродвигателей.
• Обработка материалов, особенно резка, резьба по металлу, очистка и лазерная 3D-печать.
• Лазерная микрообработка, где лазеры используются для создания сверхмалых структур.

Хотя для создания компьютеров, полностью основанных на фотонике, потребуются достижения в области фотонных чипов, мы уже знаем, что они будут включать в себя множество специфических и уже распространенных компонентов: лазеров.

Свет для фотонных вычислений должен основываться на очень стабильном свете, излучаемом лазером. Таким образом, лидеры лазерной промышленности, такие как IPG, выиграют от бума спроса на лазеры в результате постепенного перехода полупроводниковой промышленности на фотонику.

И в этом зарождающемся сегменте сверхкороткие лазерные импульсы можно превратить в сверхбыструю вычислительную мощность.